《康普頓效應》參考課件2

康普頓效應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)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應

1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長

和散射物質(zhì)都無關。一.康普頓對X射線的研究3.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體

光闌X射線管探測器X射線譜儀

石墨體(散射物質(zhì))j

0散射波長

康普頓正在測晶體對X射線的散射

按經(jīng)典電磁理論：

如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！康普頓散射曲線的特點：a.除原波長

0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長

。b.新波長

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。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......

0

稱為電子的Compton波長只有當入射波長

0與

c可比擬時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角

有關，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長

0無關，

c=0.0241?=2.4110-3nm（實驗值）1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難康普頓效應解釋中的疑難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角關系。2.光子理論對康普頓效應的解釋康普頓效應解釋中的疑難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，于是散射光的波長大于入射光的波長。

②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。

③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；2.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；3.證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動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順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎?？灯疹D散射實驗的意義康普頓效應康普頓效應康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)美國物理學家1925—1926年，吳有訓用銀的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)，4.吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.對證實康普頓效應作出了重要貢獻。在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。（1897-1977）吳有訓康普頓散射實驗的意義光到底是什么？...17世紀明確形成了兩大對立學說牛頓惠更斯微粒說波動說由于波動說沒有數(shù)學基礎以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風19世紀初證明了波動說的正確性這里的光子完全不同于牛頓所說的“微?！?9世紀末光電效應現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀初提出了光子說：光具有粒子性二、光的波粒二象性光的微粒說：光是沿直線高速傳播的粒子流。

牛頓支持微粒說。人們都認為牛頓是微粒說的代表。牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個接一個地發(fā)射出來”。

易解釋：光的直進性、影的形成、光的反射和折射等現(xiàn)象。

難解釋：（1）一束光入射到兩種介質(zhì)界面時，既有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢?微粒說在解釋這一點時遇到了很大的困難。（2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了。光的波動說：某種振動，以波的形式向四周圍傳播。代表人物：是荷蘭的物理學家惠更斯。易解釋：（1）光的反射、折射、光的反射和折射可以同時發(fā)生。（2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象。難解釋：光的直進性和影的形成。干涉現(xiàn)象：英國醫(yī)生兼物理學家托馬斯·楊于1801年進行了著名的楊氏干涉實驗。衍射現(xiàn)象：法國工程師菲涅耳于1818年演示了小孔衍射。干涉和衍射是波動的重要特征，從而光的波動說得到迅速發(fā)展。人類對光的本性的認識達到一個新的階段。思考1:波和粒子是兩種不同的研究對象,具有非常不同的表現(xiàn),那么,為什么對于光子、電子和質(zhì)子等粒子又能集它們于一身呢？二、概率波明紋處到達的光子數(shù)多，暗紋到達的光子少這是否可以認為，是光子之間的相互作用使它表現(xiàn)出了波動行，而不是光子本身就具有波動性呢？思考2：一個光子通過狹縫后到底落在屏上的哪一點呢？1926年德國物理學家波恩指出：光子落在明處的概率大，落在暗處的概率小。光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以從光子的概念上看，光波是刻畫光子在空間的概率分布的一種概率波電子干涉條紋對概率波的驗證與電子等微觀粒子相聯(lián)系的物質(zhì)波也是刻畫粒子在空間分布的概率波單個粒子位置不確定大量粒子確定的宏觀結(jié)果如干涉條紋電子雙縫衍射

1)用足夠強的電子束進行雙縫衍射——

出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋，體現(xiàn)電子的波動性——衍射條紋掩飾了電子的粒子性未能體現(xiàn)電子在空間分布的概率性質(zhì)

——得到的結(jié)果與光的雙縫衍射結(jié)果一樣

2)用非常弱的電子束進行雙縫衍射——單個電子的運動方向是完全不確定的,具有概率分布.一定條件下，電子運動方向的概率具有確定的規(guī)律

——開始電子打在屏幕上的位置是任意的隨著時間推移，電子具有穩(wěn)定的分布出現(xiàn)清晰衍射條紋和強電子束在短時間形成的一樣

物質(zhì)波不是經(jīng)典波——經(jīng)典的波是介質(zhì)中質(zhì)元共同振動的形成的雙縫衍射中體現(xiàn)為無論電子強度多么弱屏幕上出現(xiàn)的是強弱連續(xù)分布的衍射條紋——實際上在電子強度弱的情形中電子在屏幕上的分布是隨機的，完全不確定的

微觀粒子不是經(jīng)典粒子——

經(jīng)典粒子雙縫衍射——

子彈可以看作是經(jīng)典粒子假想用機關槍掃射雙縫A和B，屏幕C收集子彈數(shù)目1)將狹縫B擋住——子彈通過A在屏幕C上有一定的分布——類似于單縫衍射的中央主極大P1——子彈落在中央主極大范圍的概率分布2)將狹縫A擋住——子彈通過狹縫B在屏幕C上有一定的分布——類似于單縫衍射的中央主極大P2——子彈落在中央主極大范圍的概率分布3)A和B狹縫同時打開——

子彈是經(jīng)典粒子原來通過A狹縫的子彈——還是通過A

原來通過B狹縫的子彈——還是通過B屏幕C上子彈的概率分布不因兩個狹縫同時打開每顆子彈會有新的選擇！——

電子雙縫衍射——

電子槍發(fā)射出的電子，在屏幕P上觀察電子數(shù)目1)將狹縫B擋住——

電子通過狹縫A

在屏幕C有一定分布——類似于單縫衍射的中央主極大2)將狹縫A擋住——電子通過狹縫B在屏幕C上有一定的分布類似于單縫衍射的中央主極大3）A和B狹縫同時打開——如果電子是經(jīng)典粒子原來通過A狹縫的電子——還是通過A

原來通過B狹縫的電子——還是通過B屏幕上電子的概率分布屏幕C——

實際觀察到類似光的雙縫衍射條紋屏幕C上電子的概率分布——

只開一個狹縫和同時開兩個狹縫電子運動的方向