康普顿效应-德布罗意波.ppt

15-3 康普顿效应,引言：1905年爱因斯坦提出光子理论，并成功解释了光电效应.,1920年，康普顿在研究X射线被物质(石墨)散射时，发现散射线中还含有比入射波长更长的射线。,一、康普顿散射实验：,如果是X射线与电子作用呢？,但仅可见光紫外光的实验, 而其仅占整个电磁波范围极少部分，,因此，仍有物理学家们对此光子概念有疑虑,1. 散射光中除了和入射光波长0 相同的射线之外，还出现一种波长大于0 的新的射线。,康普顿实验指出,2. 新波长 随散射角 的增大而增大。,实验规律是：,二 、经典理论的困难,经典电磁理论难解释为什么有0的散射：,光的散射过程：,电磁波入射光带电粒子吸收能量,散射=入射,做受迫振荡所发射的散射光频率应等于入射光频率,爱因斯坦光子理论可以解释！,入射X光子 弹性碰撞物中静止自由电子,1. 康普顿做了成功的解释：,假设X射线光子与“静止”的“自由电子”作完全弹性碰撞,碰撞过程中能量与动量守恒。,三. 用光子理论解释康普顿效应,自由电子,反冲电子,能量守恒,动量守恒,反冲电子质量,解得：,2. 定量计算：,c 称为电子的康普顿波长,= 2 .4310-2,讨论：(1)为什么可见光观察不到康普顿效应？(思15-14),光电效应(可见光)：吸收光子； 康普顿效应(X射线)：散射光子。,(2) 光电效应与康普顿效应的区别？(思15-12),（3） 散射X光中两个波长、0(原入射波长),并且0,核的外层电子束缚弱高能X光碰撞产生散射光,核的内层电子束缚强高能X光碰撞产生散射光0,碰撞能量守恒反冲电子能量增加h散h入0,四. 康普顿散射实验的意义,2. 证实了在微观领域，动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖。,E = h,1. 证实了光子理论的正确性，说明了光子具有质量、能量、动量-光具有粒子性。,p = /c = h /c = h /,康普顿 （A. H.Compton) 美国人(1892-1962）,20世纪50年代的吴有训,吴有训（18971977）,物理学家、,中国科学院副院长，,曾任清华大学物理系主任、理学院院长。,清华大学物理系教授，,对证实康普顿效应作出了重要贡献,解（1）,例3 波长 的X射线与静止的自由电子作弹性碰撞, 在与入射角成 角的方向上观察, 问,（2） 反冲电子的动能光子损失的能量,（3） 反冲电子的方向 ,*例 一能量,的光子与一静止,电子碰撞，碰后光子的散射角为 60o 求 (1) 光子的波长 、频率、能量各改变多少 ？ (2)电子的动能 、动量的大小和方向 。,解1) 入射光子的频率 、波长分别为,2) 电子动能 = 光子能量的减少,电子动量 ：依据,竖直方向上动量守恒 ，即：,光(波)具有粒子性，那么实物粒子具有,一.德布罗意假设,波动性吗?,L.V. de Broglie （ 法国人，1892 1987 ）,15-6 德布罗意波,任何实物粒子，既具有粒子性，又有波动性 ，即实物粒子具有波粒二象性。,1.德布罗意假设,与粒子相联系的波称为物质波，,或德布罗意波，,粒子性：有能量 E、动量 P，,波动性：有频率 和波长 .,电子静止能量：,1）非相对论: v c，,2. 电子在不同能量范围的德布罗意公式,电子的德布罗意波长：,2）相对论： v c，,电子,例 4A、计算电子动能分别是100ev, 1Mev的德布罗意波长?,解 Ek=100 ev m0c2，,非相对论：,相对论,如按非相对论,由于质量算小了误差达40%,例 4B、计算质量 m=0.01kg ，速率 v=300m/s的子弹的德布罗意 波波长 。,解: v c，,极小 宏观粒子的波动性很小，,“宏观粒子只表现出粒子性”,非相对论,3. 物质波的概念可以成功地解释原子中令人,（轨道角动量量子化条件）,稳定轨道,波长：,困惑的轨道量子化条件。,二 德布