第十五章量子物理 第3节 康普顿效应.pptVIP

第十五章 量子物理 15-3 康普顿效应 物理学 第五版 * 1920年，美国物理学家康普顿在观察X 射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生了变化的成分——散射束中除了有与入射束波长 ?0 相同的射线，还有波长 ? ?0 的射线. * 一 实验装置 15-3 康普顿效应 二、实验结果 （相对强度） （波长） 波长改变的散射叫康普顿散射 散射曲线的三个特点： 1. 除原波长?0外，出现了 移向长波方面的新的散射波 长? 。 2.新波长? 随散射角? 的 增大而增大,散射物体无关。 3.当散射角增大时，原波 长的谱线强度降低，而新波 长的谱线强度升高。 = 2.41?10-3nm（实验值） 只有当入射波长?0与?c可比拟时，康普顿 实验表明： ?c 称为电子的康普顿波长 ?c = 0.0241? 新散射波长? 入射波长?0， 和散射物质无关。 波长的偏移?? =? ??0 只与散射角? 有关， 实验规律是： 效应才显著，因此要用X射线才能观察到。 15-3 康普顿效应 * 二 实验结果 （相对强度） （波长） 1 波长的偏移 ( ) 与 散射角有关. 2 与散射物体无关. * 三 经典理论的困难 按经典电磁理论，带电粒子受到入射电磁波的作用而发生受迫振动，从而向各个方向辐射电磁波，散射束的频率应与入射束频率相同，带电粒子仅起能量传递的作用. 可见，经典理论无法解释波长变长的散射线. * 1 物理模型 入射光子（ X 射线或 射线）能量大 . 四 量子解释 范围为： 光子 电子 电子 光子 * 电子反冲速度很大，用相对论力学处理. 电子热运动能量 ，可近似为静止电子. 固体表面电子束缚较弱，视为近自由电子. 光子 电子 电子 光子 * (1)入射光子与散射物质中束缚微弱的电子弹性碰撞时，一部分能量传给电子，散射光子能量减少，频率下降、波长变大. 2 定性分析 (2)光子与原子中束缚很紧的电子发生碰撞，近似与整个原子发生弹性碰撞时，能量不会显著减小，所以散射束中出现与入射光波长相同的射线. * 3 定量计算 动量守恒 能量守恒 * * 康普顿波长 康普顿公式 * 散射光波长的改变量 仅与 有关. 散射光子能量减小 4 结论 * 5 讨论 若 则 ，可见光观察不到康普顿效应. 光具有波粒二象性 一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著. 因可见光光子能量不够大，原子内的电子不能视为自由，所以可见光不能产生康普顿效应。 * 与 的关系与物质无关， 是光子与近自由电子间的相互作用. 散射中 的散射光是因光子与紧束缚电子的作用. 原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显. * 6 物理意义 光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性 . 支持了“光量子”概念，进一步证实了? = h? ，同时首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设p = ? /c = h? /c = h /? 。 微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律. 证实了在微观领域的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。 * 例1 波长 的 X 射线与静止的自由电子作弹性碰撞，在与入射角成 角的方向上观察， 问： （2）反冲电子得到多少动能？ （3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？ （1）散射波长的改变量 为多少？ * （1） （2） 反冲电子的动能 （3） 光子损失的能量＝反冲电子的动能 解 第十五章 量子物理 15-3 康普顿效应 物理学 第五版