康普顿效应-PPT.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,大家好,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,大家好,*,三、康普顿效应是说明光的粒子性的另一个重要的实验。,1922-1933,年间康普顿（,A.H.Compton,）观察,X,射线通过物质散射时，发现散射的波长发生变化的 现象。,1927,诺贝尔物理学奖,（下一页）,1,大家好,康普顿实验装置示意图,X,射线管,X,射线谱仪,光阑,石墨体（散射物）,晶体,调节,C,对,A,的方位，可使不同方向的散射线进入光谱仪。,（下一页）,2,大家好,康普顿实验指出,散射光中除了和入射光波长,相同的射线之外，还出现一种波长,大于,的新的射线。,改变波长的散射,康普顿散射,康普顿效应,散射,X,射线的波长中有两个峰值,和,且,与散射角,有关,（下一页）,3,大家好,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,O,(a),(b),(c),(d),o,相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,4,大家好,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,=45,O,O,(a),(b),(c),(d),相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,5,大家好,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,=45,=90,O,O,O,(a),(b),(c),(d),相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,6,大家好,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,=45,=90,=135,O,O,O,O,(a),(b),(c),(d),o,相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,7,大家好,我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：,原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；,当散射角增加时，波长改变也随着增加；在同一散射角下，所有散射物质的波长改变都相同。,（下一页）,8,大家好,经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难,根据经典电磁波理论，当电磁波通过散射物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。,无法解释波长改变和散射角的关系。,（下一页）,9,大家好,光子理论对康普顿效应的解释,光子理论认为康普顿效应是高能光子和低能自由电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：,若光子和散射物外层电子（相当于自由电子）相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，因此波长变长，频率变低。,（下一页继续）,10,大家好,若光子和被原子核束缚很紧的内层电子相碰撞时，就相当于和整个原子相碰撞，由于光子质量远小于原子质量，碰撞过程中光子传递给原子的能量很少，碰撞前后光子能量几乎不变，故在散射光中仍然保留有波长,0,的成分,。,因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。,（下一页）,11,大家好,康普顿效应的定量分析,Y,X,Y,X,（,1,）碰撞前,（,2,）碰撞后,（,3,）动量守恒,光子在自由电子上的散射,X,（下一页）,12,大家好,由,能量守恒,:,由,动量守恒,:,X,X,方向,动量守恒,:,Y,方向,动量守恒,:,（下一页）,13,大家好,电子的康普顿波长,最后得到：,康普顿散射 公 式,此式说明,：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。,X,其值为：,是个常数,（下一页）,14,大家好,康普顿理论的意义,1,、验证了光的粒子说的正确性；,2,、验证了在光与电子的相互作用过程中，,能量守恒与动量守恒仍是正确的；,3,、进一步验证了相对论的正确性。,以上三个实验的共同启示：,在微观世界，物理量的取值与变化,可能是不连续的！,（下一页）,15,大家好,例题：在一康普顿实验中，当入射光子的波长为,0.030,时，反冲电子的速度为,0.6c,。试求：,-,（,1,）散射光子的波长；（,2,）散射光子的散射角；,-,(3),反冲电子的动量大小与方向。,X,能量守恒与动量守恒,解,（,1,）求散射光子的波长,散射光子的能量为：,（下一页）,16,大家好,（,2,）求散射光子的散射角；,可得散射光子的散射角为：,（,3,）求反冲电子的动量大小与方向。,反冲电子的,动量大小：,（下一页）,17,大家好,反冲电子动量的方向：,X,根据动量守恒，在与,X,垂直的方向上有：,代入各已知量可求得：,（下一页）,18,大家好,能量子为：,=,h,，,h,=,6.6310,-34,J.s,普朗克的能量子假说：,*,爱因斯坦光电效应方程：自由电子吸收一个光子：,截止频率为：,反向遏止电压为：,*,康普顿散射公式：自由电子与光子弹性碰撞：,知识要点：,康普顿波长（常数）,（下一页）,19,大家好,作 业,P308,问题思考,19-7,17,P310,T19-5,、,7,20,大家好,电子的康普顿波长,其值为,康普顿散射 公式,T19-7,一具有,1010,4,eV,能量的光子，与一静止自由电,子相碰撞，碰撞后，光子的散射角为,60,0,，,试问：,（,1,）,光子的波长、频率和能量各改变多少？,（,2,）,碰撞后，电子的动能、动量和运动方向又如何？,（下一页）,21,大家好,解,：（,1,）,入射光子的频率,和波长,分别为,用康普顿散射公式可得,（下一页）,22,大家好,（,2,）,反冲电子的动能,E,k,等于入射光子所失去的能量，即,电子的速度可由相对论的能量关系求出,得,（下一页）,23,大家好,电子的动量,碰撞过程动量守恒,y,分量,y,x,mv,有,（下一页）,24,大家好,谢谢,25,大家好,