康普頓效應(yīng)及其解釋課件

第三節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋第三節(jié)1光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來(lái)，愛(ài)因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)說(shuō)．普朗克愛(ài)因斯坦光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來(lái)，愛(ài)因21.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改3一.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體光闌X射線管探測(cè)器X射線譜儀石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長(zhǎng)一.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體光闌X射線管探X射4康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線的散射

按經(jīng)典電磁理論：

如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線的散射按經(jīng)典電磁理論：5康普頓散射曲線的特點(diǎn)：1.除原波長(zhǎng)0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)。2.新波長(zhǎng)隨散射角的增大而增大。散射中出現(xiàn)≠0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長(zhǎng).......0康普頓散射曲線的特點(diǎn)：1.除原波長(zhǎng)0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)6二、經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率?？梢越忉岊l率不變的一般散射。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。二、經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通7三、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：1.若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。(碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒)三、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰83.因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。三、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋3.因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散9三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”

的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”10康普頓,(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家康普頓效應(yīng)1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)康普頓,(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家康1927年獲諾111925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，四、吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。在同一散射角()測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。（1897-1977）吳有訓(xùn)1925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(0=5.62n12光子的能量和動(dòng)量光子的能量和動(dòng)量13動(dòng)量能量是描述粒子的,頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的動(dòng)量能量是描述粒子的,14稱為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)0與c可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見(jiàn)光觀察不到康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長(zhǎng)0無(wú)關(guān)，c=0.0241?=2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）稱為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)0與c可比擬時(shí)15小結(jié)1什么是康普頓效應(yīng)？經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)：可以解釋頻率______的一般散射。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋：康普頓效應(yīng)是光子和電子作__________的結(jié)果若光子和外層電子相碰撞，散射光的波長(zhǎng)_____。若光子和內(nèi)層電子相碰撞，碰撞前后光子波長(zhǎng)_____。波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。彈性碰撞不變變長(zhǎng)不變小結(jié)1什么是康普頓效應(yīng)？彈性碰撞不變變長(zhǎng)不變16小結(jié)15.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義：（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；

（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。6.光子的能量和動(dòng)量7.用可見(jiàn)光能否觀察到康普頓散射？小結(jié)15.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義：17第三節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋第三節(jié)18光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來(lái)，愛(ài)因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)說(shuō)．普朗克愛(ài)因斯坦光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來(lái)，愛(ài)因191.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改20一.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體光闌X射線管探測(cè)器X射線譜儀石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長(zhǎng)一.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體光闌X射線管探X射21康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線的散射

按經(jīng)典電磁理論：

如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線的散射按經(jīng)典電磁理論：22康普頓散射曲線的特點(diǎn)：1.除原波長(zhǎng)0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)。2.新波長(zhǎng)隨散射角的增大而增大。散射中出現(xiàn)≠0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長(zhǎng).......0康普頓散射曲線的特點(diǎn)：1.除原波長(zhǎng)0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)23二、經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率?？梢越忉岊l率不變的一般散射。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。二、經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通24三、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：1.若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。(碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒)三、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰253.因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。三、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋3.因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散26三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”

的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”27康普頓,(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家康普頓效應(yīng)1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)康普頓,(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家康1927年獲諾281925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，四、吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。在同一散射角()測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。（1897-1977）吳有訓(xùn)1925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(0=5.62n29光子的能量和動(dòng)量光子的能量和動(dòng)量30動(dòng)量能量是描述粒子的,頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的動(dòng)量能量是描述粒子的,31稱為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)0與c可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見(jiàn)光觀察不到康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長(zhǎng)0無(wú)關(guān)，c=0.0241?=2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）稱為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)0與c可比擬時(shí)32小結(jié)1什么是康普頓效應(yīng)？經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)：可以解釋頻率______的一般散射。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋：康普頓效應(yīng)是光子和電子作__________的結(jié)果若光子和外