大學物理學教程（第二版）下冊：16-3 康普頓效應(yīng)

1、物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 1920 1920年，美國物理學家康普頓在觀察年，美國物理學家康普頓在觀察X X射線被物質(zhì)射線被物質(zhì) 散射時，發(fā)現(xiàn)散射時，發(fā)現(xiàn)散射散射線中含有線中含有波長波長發(fā)生發(fā)生變化變化了的成分了的成分. . 一一 實驗裝置實驗裝置 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 經(jīng)典電磁理論預(yù)言，經(jīng)典電磁理論預(yù)言， 散射輻射具有和入射輻射散射輻射具有和入射輻射 一樣的頻率一樣的頻率 . 經(jīng)典理論無經(jīng)典理論無 法解釋波長變化法解釋波

2、長變化 . 二二 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 0 45 90 135 （相對強度）（相對強度） （波長）（波長） I 0 0 在散射在散射X X 射線中除有射線中除有 與入射波長相同的射線外，與入射波長相同的射線外， 還有波長比入射波長更長還有波長比入射波長更長 的射線的射線 . 三三 經(jīng)典理論的困難經(jīng)典理論的困難 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 0 0 0 v x y 光子光子 電子電子 電子反沖速度很大，需用電子反沖速度很大，需用相對論力學相對論力學來處理來處理. . （1 1）物理模型物理模型 入射光子（入射光子（ X

3、 射線或射線或 射線）能量大射線）能量大 . . 固體表面電子束縛較弱，可視為固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子近自由電子. . 四四 量子解釋量子解釋 x y 電子電子 光子光子 電子熱運動能量電子熱運動能量 ，可近似為，可近似為靜止電子靜止電子. . h eV1010 54 hE 范圍為：范圍為： 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) cos2 2 0 2 2 22 2 2 0 2 22 c h c h c h m v （2）理論分析理論分析 x y 0 0 e c h e c h v m e 0 e 22 00

4、 mchcmhv 能量守恒能量守恒 v me c h e c h 0 0 動量守恒動量守恒 )(2)cos1 (2)1 ( 0 2 00 242 0 2 2 42 hcmhcm c cm v 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 康普頓波長康普頓波長 nm1043. 2m1043. 2 312 0 C cm h )cos1 ( 00 cm hcc )(2)cos1 (2)1 ( 0 2 00 242 0 2 2 42 hcmhcm c cm v 2/ 122 0 )/1 ( cmmv 2 sin 2 )cos1 ( 2

5、00 cm h cm h 康普頓公式康普頓公式 0 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 散射光波長的改變量散射光波長的改變量 僅與僅與 有關(guān)有關(guān) 0, 0 Cmax 2)(, 散射光子能量減小散射光子能量減小 00 , )cos1 ()cos1 ( C 0 cm h 康普頓公式康普頓公式 （3）結(jié)論結(jié)論 x y 0 0 e c h e c h v m e 0 e 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) （4）討論討論 （5）物理意義物理意義 若若

6、,則則 ,可見光觀察可見光觀察不不到康普頓效應(yīng)到康普頓效應(yīng). C0 0 光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學的正確性光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學的正確性 . 微觀粒子也遵守微觀粒子也遵守能量守恒能量守恒和和動量守恒動量守恒定律定律. 與與 的關(guān)系的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子，是光子與近自由電子 間的相互作用間的相互作用. 散射中散射中 的散射光是因的散射光是因光子光子與金屬中的與金屬中的緊束縛緊束縛0 電子電子（原子核）的作用（原子核）的作用. )cos1 ()cos1 ( C 0 cm h 康普頓公式康普頓公式 物理學教程物理學教程 （第二版）（第二版） 第十六章第十六章 量子物理量子物理 16 3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 解（解（1） eV295)1 ( 0 00 2 0 2 k hchchc cmmcE 例例 波長波長 的的X射線與靜止的自由射線與靜止的自由 電子作彈性碰撞電子作彈性碰撞, 在與入射角成在與入射角成 角的方向上觀察角的方向上觀察, 問問 m101.00 10 0 90 （2）反沖電子得到多少動能？反沖電子得到多少動能？ （1）散射波長的改變量散射波長的改變量 為多少？為多少？ （3）在碰撞中，光