量子物理3省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

同學(xué)們好！吸收系數(shù)(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)第1頁

普朗克能量子理論

愛因斯坦光量子理論上講內(nèi)容：光與物質(zhì)相互作用基本形式:光電效應(yīng)——光子論提出康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)光子論應(yīng)用和檢驗(yàn)第2頁*愛因斯坦光子理論①光是以光速運(yùn)動(dòng)光子流②每個(gè)光子能量和動(dòng)量③光強(qiáng)即光能流密度N:單位時(shí)間經(jīng)過垂直于單位面積光子個(gè)數(shù)第3頁§17-3康普頓效應(yīng)1.試驗(yàn)規(guī)律試驗(yàn)裝置示意圖:X光被石墨散射X

射線管石墨體

X射線譜儀晶體第4頁試驗(yàn)規(guī)律：①散射光②波長改變量③原子量越小物質(zhì)，康普頓效應(yīng)越顯著第5頁康普頓散射與散射角關(guān)系相對強(qiáng)度0.7000.750?

(?)???????????????????????????????????第6頁同一散射角下隨散射物質(zhì)改變第7頁經(jīng)典物理無法解釋康普頓效應(yīng)。2.經(jīng)典物理碰到困難

電磁波為橫波，

依據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波經(jīng)過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率:3.用光子論解釋康普頓效應(yīng)①基本思想X射線（光子流）與散射物質(zhì)相互作用情況與散射物質(zhì)種類無關(guān)光子電子相互作用第8頁

完全非彈性碰撞：光子被電子吸收，電子能量增加,當(dāng)電子能量足夠大時(shí)，成為光電子逸出。即光電效應(yīng)*光子、電子均視為“點(diǎn)粒子”，所以不考慮普通非彈性碰撞經(jīng)典情況完全非彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞第9頁

彈性碰撞光子內(nèi)層電子束縛強(qiáng)光子原子m<<M光子能量不變?nèi)鹄⑸涔庾油鈱与娮邮`弱光子自由電子光子能量降低電子反沖康普頓散射原子量越小物質(zhì)發(fā)生第二種碰撞概率越大，康普頓效應(yīng)顯著。第10頁

定量計(jì)算*光子能量>>自由電子熱運(yùn)動(dòng)能量光子靜止自由電子彈性碰撞能量守恒動(dòng)量守恒第11頁光子電子撞前撞后第12頁動(dòng)量守恒：由能量守恒：⑴質(zhì)速關(guān)系：⑶余弦定理：⑵建立方程第13頁求解得：令電子康普頓波長

證實(shí)了愛因斯坦光子理論正確性

證實(shí)了能量守恒、動(dòng)量守恒定律普適性

證實(shí)相對論效應(yīng)在宏觀、微觀均存在理論結(jié)果與試驗(yàn)相符第14頁練習(xí)：解：

波長改變量相同對紫光入射光能量較低時(shí)，康普頓效應(yīng)不顯著，將主要觀察到光電效應(yīng)第15頁發(fā)生康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)概率吸收系數(shù)(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)……第16頁解：1)2)

反沖電子動(dòng)能即光子損失能量練習(xí)觀察到散射光波長多少？反沖電子動(dòng)能、動(dòng)量為多少？第17頁由動(dòng)量守恒定律：3)

反沖電子動(dòng)量解得xy

o第18頁三、電子偶效應(yīng)光與物質(zhì)相互作用基本形式光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)1.高能光子與重元素原子核相撞，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮优荚囼?yàn)?zāi)芰渴睾悖ê雎灾卦雍朔礇_動(dòng)能）條件：第19頁2.正負(fù)電子相遇時(shí)湮滅、產(chǎn)生兩個(gè)光子試驗(yàn)：能量守恒：若則P.151：美國柯溫、賴因斯用電子偶湮滅過程成功證實(shí)中微子存在1995年諾貝爾物理獎(jiǎng)：介紹第20頁*表17.2—2光與物質(zhì)三種相互作用比較光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)光子產(chǎn)生湮滅可見光、紫外線軟X射線硬X射線、射線物質(zhì)粒子束縛電子自由電子、弱束縛電子重原子核自由正負(fù)電子物理過程完全非彈性碰撞；光子被吸收，電子逸出。彈性碰撞；光子被散射，電子反沖光子轉(zhuǎn)化為電子偶電子偶轉(zhuǎn)化為光子對第21頁吸收系數(shù)(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)