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1、15-3 康普頓效應(yīng),引言:1905年愛因斯坦提出光子理論,并成功解釋了光電效應(yīng).,1920年,康普頓在研究X射線被物質(zhì)(石墨)散射時,發(fā)現(xiàn)散射線中還含有比入射波長更長的射線。,一、康普頓散射實(shí)驗(yàn):,如果是X射線與電子作用呢?,但僅可見光紫外光的實(shí)驗(yàn), 而其僅占整個電磁波范圍極少部分,,因此,仍有物理學(xué)家們對此光子概念有疑慮,1. 散射光中除了和入射光波長0 相同的射線之外,還出現(xiàn)一種波長大于0 的新的射線。,康普頓實(shí)驗(yàn)指出,2. 新波長 隨散射角 的增大而增大。,實(shí)驗(yàn)規(guī)律是:,二 、經(jīng)典理論的困難,經(jīng)典電磁理論難解釋為什么有0的散射:,光的散射過程:,電磁波入射光帶電粒子吸收能量,散射=入射
2、,做受迫振蕩所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率,愛因斯坦光子理論可以解釋!,入射X光子 彈性碰撞物中靜止自由電子,1. 康普頓做了成功的解釋:,假設(shè)X射線光子與“靜止”的“自由電子”作完全彈性碰撞,碰撞過程中能量與動量守恒。,三. 用光子理論解釋康普頓效應(yīng),,自由電子,反沖電子,能量守恒,動量守恒,反沖電子質(zhì)量,,解得:,2. 定量計算:,c 稱為電子的康普頓波長,= 2 .4310-2,討論:(1)為什么可見光觀察不到康普頓效應(yīng)?(思15-14),光電效應(yīng)(可見光):吸收光子; 康普頓效應(yīng)(X射線):散射光子。,(2) 光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)的區(qū)別?(思15-12),(3) 散射X光中兩個波長
3、、0(原入射波長),并且0,核的外層電子束縛弱高能X光碰撞產(chǎn)生散射光,核的內(nèi)層電子束縛強(qiáng)高能X光碰撞產(chǎn)生散射光0,碰撞能量守恒反沖電子能量增加h散h入0,四. 康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義,2. 證實(shí)了在微觀領(lǐng)域,動量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普頓獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎。,E = h,1. 證實(shí)了光子理論的正確性,說明了光子具有質(zhì)量、能量、動量---光具有粒子性。,p = /c = h /c = h /,康普頓 (A. H.Compton) 美國人(1892-1962),20世紀(jì)50年代的吳有訓(xùn),吳有訓(xùn)(18971977),物理學(xué)家、,中國科學(xué)院副院長,,曾任清華大學(xué)物理系主任、理學(xué)院院長
4、。,清華大學(xué)物理系教授,,對證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn),解(1),例3 波長 的X射線與靜止的自由電子作彈性碰撞, 在與入射角成 角的方向上觀察, 問,(2) 反沖電子的動能光子損失的能量,,,,,,,(3) 反沖電子的方向 ,*例 一能量,的光子與一靜止,電子碰撞,碰后光子的散射角為 60o 求 (1) 光子的波長 、頻率、能量各改變多少 ? (2)電子的動能 、動量的大小和方向 。,解1) 入射光子的頻率 、波長分別為,,,,,,,,2) 電子動能 = 光子能量的減少,電子動量 :依據(jù),豎直方向上動量守恒 ,即:,光(波)具有粒子性,那么實(shí)物粒子具有,一.德布羅意假設(shè),
5、波動性嗎?,L.V. de Broglie ( 法國人,1892 1987 ),15-6 德布羅意波,任何實(shí)物粒子,既具有粒子性,又有波動性 ,即實(shí)物粒子具有波粒二象性。,1.德布羅意假設(shè),與粒子相聯(lián)系的波稱為物質(zhì)波,,或德布羅意波,,粒子性:有能量 E、動量 P,,波動性:有頻率 和波長 .,電子靜止能量:,1)非相對論: v << c,,2. 電子在不同能量范圍的德布羅意公式,電子的德布羅意波長:,2)相對論: v c,,電子,例 4A、計算電子動能分別是100ev, 1Mev的德布羅意波長?,解 Ek=100 ev << m0c2,,非相對論:,,相對論,如按非相對論,由于質(zhì)量算小了誤差達(dá)40%,例 4B、計算質(zhì)量 m=0.01kg ,速率 v=300m/s的子彈的德布羅意 波波長 。,解: v <