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,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,今天是,22 五月 2025,大学物理课件,福州大学至诚学院,-康普顿效应,大学物理教研室 李培官,第1页,第六篇,第十二章.-波和粒子,第2页,12-1.量子论出现,12-1-3.,康普顿效应,第3页,光量子论提出,，意味着早在半个多世纪前已被推翻了牛顿光微粒说在某种意义上复活，,使当初占绝对统治地位波动论出现了对立面,。,爱因斯坦粒子不一样于牛顿粒子，而是既含有能量又含有动量粒子，,这就使得光不但含有波动性，而且含有粒子性，是波动性和粒子性辩证统一，即光含有“波粒二象性”。,这是人类认识自然界历史上,第一次揭示了微观客体波动性和粒子性对立统一。,一.光量子论试验检验,第4页,1915年，怀疑光量子论美国试验物理学家密立根，经过检验光量子论推论：,爱因斯坦光电效应公式，不得不宣告“它无歧义试验证实”。,首先把光看作是某种以光速c在真空中运动粒子亦即光量子是爱因斯坦。,正式赋予光子这一名称是康普顿。,1923年，康普顿发觉,康普顿效应，,成为光量子论判决性试验，,被物理学家公认为光量子存在确实凿证据,。,康普顿因发觉康普顿效应，而取得1927年诺贝尔物理学奖。,第5页,Arthur H.Compton 1892-1962,Arthur H.Compton 1892-1962,康普顿,康普顿,1923年，康普顿,在测量X射线和一些物质散射时，,发觉一些散射后X射线波长变长了,。康普顿为了解释这一现象，就除了,假定光子能量,：,E,hv,以外，还吸收了在1917年由爱因斯坦对光子,还含有动量,p,假定,，亦即,p,=,hv,/,c,这么，光子就被看成为既含有确定,能量,，又有确定,动量完整粒子,。,第6页,X射线发生散射,概述,用X射线照射一散射体（如石墨）时，X射线,发生散射，散射线中除有波长和入射线 相同的成分外，,还有波长 的成分。这种现象称为,l,0,l,康普顿效应。,0,l,r,0,谱线 称位移线,l,l,l,l,波长偏移量,康普顿偏移,称,或,0,l,X,射 线,其光子能量比可见光,光子的能量大上万倍,石墨，电子结合能不高。,散 射 体,外层电子,原子核与内层电,子组成的原子实,0,l,0,l,0,l,0,l,0,l,l,l,l,l,0,l,二.康普顿效应试验规律,第7页,检测系统,晶 体,l,0,l,4,j,5,r,l,j,1,5,3,l,0,l,r,l,j,0,9,l,0,l,r,l,l,0,j,0,j,l,r,随 的增大而增大，与物质种类无关。,j,散射角,X,射 线 源,0,l,散射体,实验规律,l,j,r,0,l,l,r,l,波长偏移量,第8页,j,1,5,3,j,1,5,3,j,1,5,3,Z 16,Z 26,X射线,X射线,X射线,Z 6,原子序数,原子序数,l,0,l,0,l,0,原子序数,碳,C,碳,硫,硫,S,铁,铁,Fe,Fe,不同散射物质的实验规律,对同一散射角,j,l,r,各种散射物质对同一散射角 ，波长偏离量,相等。,j,l,l,0,谱线的强度增强；,谱线的强度减弱。,若散射物质的原子序数增加，,散射线中,r,l,r,l,r,l,0,l,l,0,l,l,0,l,l,第9页,l,0,l,l,0,1.散射线中除有波长与入,射线 相同的成分外，还有波,长 的成分。,r,l,l,l,0,j,2.波长偏移量,随散射角 的增大而增加，与,散射物质无关。,j,r,l,l,0,l,3.各种散射物质对同一散射,角 ，波长偏移量 相等。当,散射物的原子序数增加时，散射,线中的 谱线强度增强，谱线,的强度减弱。,现 象 归 纳：,第10页,康普顿根据动量和能量守恒定律推导出下述公式:,r,l,l,1,cos,j,c,m,0,h,(,),2,sin,l,c,2,2,j,l,0,c,m,0,h,c,m,0,h,l,c,l,c,电子静止质量,普朗克常量,真空中光速,定义,为,康普顿波长,2.4310,12,0.00243 nm,m,l,0,j,0,8,0,j,1,j,r,l,r,l,0,4,j,5,j,1,5,3,0,j,9,2,7,1,3,9,.,r,l,r,l,r,l,0,l,c,l,c,.,0,7,l,c,l,c,2,散射体,r,l,j,随,增大,与散射物质无关,与实验结果相符,三.康普顿效应公式,第11页,康普顿散射公式的推导,光子,电子,弹性碰撞,0,n,h,+,c,m,2,0,n,h,+,e,E,能量守恒,0,n,h,+,c,m,2,0,X,c,+,0,p,0,n,0,n,h,c,大小：,e,E,j,n,h,X,c,p,n,n,h,c,p,e,散射光子,反冲电子,p,n,p,+,p,e,合,大小：,p,n,p,0,n,p,e,+,动量守恒,第12页,e,E,n,h,(,),0,n,+,c,m,2,0,p,e,2,2,cos,j,(,0,n,h,c,(,2,+,(,n,h,c,(,2,h,c,2,2,0,n,n,得,e,E,2,c,m,2,0,(,(,2,+,(,p,e,c,(,2,应满足相对论的能量与动量的关系,c,n,0,n,c,h,c,m,0,(,1,cos,j,(,联立解得,r,l,l,l,0,h,c,m,0,(,1,cos,j,(,2,l,c,sin,2,2,j,写成波长差的形式即为,康普顿散射公式：,p,n,p,0,n,p,e,+,0,n,h,+,c,m,2,0,n,h,+,e,E,能量守恒,动量守恒,j,p,e,0,n,h,c,p,0,n,n,h,c,p,n,第13页,爱因斯坦光量子理论成功解释了,光电效应,和,康普顿效应。,光电效应：一个光子一次被一个电子吸收,。,康普顿效应：,光子与外层自由电子或束缚电子发生完全弹性碰撞,。,光电效应试验中是否也存在康普顿效应？,康普顿效应,0.005nm,光电效应试验中光波长（,）,100nm,左右，远大于,，,康普顿效应不显著,。,康普顿效应试验中,X,射线波长,0.010.1nm,与,相差不大，现象显著。,想一想,第14页,（,A,）两种效应中电子与光子二者组成系统都服从动量,守恒定律。,（,B,）两种效应都相当于电子和光子弹性碰撞过程。,（,C,）两种效应都属于电子吸收光子过程。,（,D,）光电效应是吸收光子过程，而康普顿效应则相当于,光子和电子弹性碰撞。,答案 （,D,）,【例,1,】,光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子相互,作用过程。对此，在以下几个了解中，正确是,四.解题举例,第15页,【例,2,】,康普顿效应主要特点是,（,A,）散射光波长均比入射光波长短，且随散射角,增大而减小，但与散射体性质无关。,（,B,）散射光波长均与入射光波长相同，与散射角，,散射体性质无关。,（,C,）散射光中现有与入射光波长相等，也有比入射,光波长长和比入射光波长短，这与散射体性,质相关。,（,D,）散射光中有些波长比入射光波长长，且随散射,角增大而增大，有些散射光波长与入射光波长相同，,这些都与散射体性质无关。,答案 （,D,）,第16页,解（1）,【,例,3】,波长 X射线与静止自由电子作弹性碰撞,在与入射角成 角方向上观察,问,（2）反冲电子得到多少动能？,（1）散射X射线光子波长为多少？,（,2）反冲电子动能,第17页,18,【例 4】,用动量守恒定律和能量守恒定律证实：一个自由电子不能一次完全吸收一个光子。,解：,假设一个自由电子能够一次完全吸收一个光子。如图所表示，设相互作用前后电子动量分别为 和 ，光子频率为,，电子静止质量为,m,0,，则依据动量守恒定律和能量守恒定律可知：,(1),(2),(1),式两边平方有：,即：,(3),第18页,(2),式两边平方有：,(4),(3),式和,(4),式联立可推出：,进而可推出：,而这是不可能，由此可见，原假设不成立。,这就证实了一个自由电子不能一次完全吸收一个光子。,(3),第19页,欢迎指导,今天是,22 五月 2025,谢谢,第20页,
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