關(guān)關(guān)雎鳩 南郵 大學(xué)物理課件 15-3康普頓效應(yīng)

1、 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1 1920年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察X 射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射散射線中含線中含有有波長波長發(fā)生了發(fā)生了變化變化的成分的成分散射束中除散射束中除了有與入射束波長了有與入射束波長 0 相同的射線，還有相同的射線，還有波長波長 0 的射線的射線. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2一一 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物

2、理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3二二 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果04590135（相對強(qiáng)度）（相對強(qiáng)度）（波長）（波長）I00 1 波長的偏移波長的偏移( ( ) ) 與與散射角有關(guān)散射角有關(guān).0 2 與散射與散射物體無關(guān)物體無關(guān). 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版4三三 經(jīng)典理論的困難經(jīng)典理論的困難 按按經(jīng)典經(jīng)典電磁理論，帶電粒子受到入射電磁理論，帶電粒子受到入射電磁波的作用而發(fā)生受迫振動(dòng)，從而向各電磁波的作用而發(fā)生受迫振動(dòng)，從而向各個(gè)方向輻射電磁波，個(gè)方向輻射電磁波，散射束散射束的頻率應(yīng)與的頻率應(yīng)與入入射束射束頻率頻率相同相同，帶電粒子僅起能

3、量傳遞的，帶電粒子僅起能量傳遞的作用作用. 可見，可見，經(jīng)典理論無法解釋波長變長的經(jīng)典理論無法解釋波長變長的散射線散射線. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版5 1 物理模型物理模型 入射光子（入射光子（ X 射線或射線或 射線）能量大射線）能量大 .四四 量子解釋量子解釋eV101054hE 范圍為范圍為：000vxy光子光子電子電子xy電子電子光子光子 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版6 電子反沖速度很大，用電子反沖速度很大，用相對論力學(xué)相對論力學(xué)處理處理. 電

4、子熱運(yùn)動(dòng)能量電子熱運(yùn)動(dòng)能量 ，可近似為，可近似為靜止靜止電子電子. h 固體表面電子束縛較弱，視為固體表面電子束縛較弱，視為近自由電子近自由電子. 000vxy光子光子電子電子xy電子電子光子光子 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版7 ( (1) )入射入射光子光子與散射物質(zhì)中束縛微弱的與散射物質(zhì)中束縛微弱的電子電子彈性彈性碰撞碰撞時(shí)時(shí)，一部分能量傳給電子，一部分能量傳給電子，散射光子散射光子能量減少能量減少，頻率下降、，頻率下降、波長變大波長變大.2 定性分析定性分析 ( (2) )光子光子與原子中束縛很緊的電子發(fā)生與原子中束縛

5、很緊的電子發(fā)生碰撞，近似與整個(gè)碰撞，近似與整個(gè)原子原子發(fā)生彈性發(fā)生彈性碰撞碰撞時(shí)，時(shí)，能量不會(huì)顯著減小，所以散射束中出現(xiàn)與能量不會(huì)顯著減小，所以散射束中出現(xiàn)與入射入射光光波長相同波長相同的射線的射線. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版83 定量計(jì)算定量計(jì)算xy00echechvme0evmechech00動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒2200mchcmhv能量守恒能量守恒cos2202222220222chchchmv 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版9cos220222222

6、0222chchchmv)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv)cos1 (00cmhcc2/ 1220)/1 (cmmv0 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版10 康普頓波長康普頓波長 m 1043. 2120Ccmh2sin2)cos1 (200cmhcmh 康普頓公式康普頓公式)cos1 ()cos1 (C0cmh 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版11 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). .00,Cm

7、ax2)( , 散射光子能量減小散射光子能量減小00,4 結(jié)論結(jié)論xy00echechvme0e 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版125 討論討論 若若 則則 ，可見光觀察，可見光觀察不不到到康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng).C00 光具有波粒光具有波粒二象性二象性 一般而言，光在傳遞過程中，波動(dòng)性較一般而言，光在傳遞過程中，波動(dòng)性較為顯著；光與物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性比較為顯著；光與物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性比較顯著顯著. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版13 與與 的關(guān)系的關(guān)系

8、與物質(zhì)無關(guān)與物質(zhì)無關(guān)， 是光子與是光子與近自由電子間的相互作用近自由電子間的相互作用. 散射中散射中 的散射光是因的散射光是因光子光子與與緊束緊束縛電子縛電子的作用的作用. 原子量大的物質(zhì)，其電子束原子量大的物質(zhì)，其電子束縛較強(qiáng)，因而康普頓效應(yīng)不明顯縛較強(qiáng)，因而康普頓效應(yīng)不明顯.0 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版146 物理意義物理意義 光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性確性 . 微觀粒子的相互作用也遵守微觀粒子的相互作用也遵守能量守恒能量守恒和和動(dòng)動(dòng)量守恒量守恒定律定律. 第十五章第

9、十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版15 例例1 波長波長 的的 X 射線與射線與靜止的自由電子作彈性碰撞，在與入射角成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，角的方向上觀察， 問：問：m 101.00-10090 （2）反沖電子得到多少動(dòng)能？反沖電子得到多少動(dòng)能？ （3）在碰撞中，光子的能量損失了多少？在碰撞中，光子的能量損失了多少？ （1）散射波長的改變量散射波長的改變量 為多少？為多少？ 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16（1）)cos1 (CCC)90cos1 (eV 295)1 (000202khchchccmmcEm1043. 212（2） 反沖電子的動(dòng)能反沖電子的動(dòng)能 （3） 光子損失的能量反沖電子的動(dòng)能光子損失的能量反沖電子的動(dòng)能解解 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版17本章目錄本章目錄選擇進(jìn)入下一節(jié)：選擇進(jìn)入下一節(jié)：15-4 15-4 氫原子的