康普顿效应.ppt

7 6康普顿效应ConptomEffect 1922 1923年间 美国物理学家康普顿 A H Compton 1892 1962 研究了x光经过碳 石蜡 金属等物质的散射问题 发现散射谱线中除了原入射波长外 还有一些波长较长的成份 这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应 由于康普顿效应的发现 因此获得1927年诺贝尔物理学奖 一 康普顿效应的实验规律 1 实验装置 如图所示 由x光管发出的波长为 0的单色光 经光阑D1 D2后 被散射物质所散射 散射光的波长和强度利用晶体散射装置和探测器来测量 2 实验结果 1 在散射线X中除有与 0波长相同的谱线外 还有 0波长更长的谱线 2 波长的改变量随散射角的增大而增加 散射角不断增大时 散射线x的强度随波长的分布的情况 3 对同一散射物 散射光中波长为 0的谱线强度随的增加而减小 波长为 的谱线强度随的增加而增大 4 对同一散射角 0的谱线强度随散射物质原子序数的增加而增加 的谱线强度随原子序数的增加而减小 二 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 根据经典电磁波理论 当电磁波通过散射物质时 物质中带电粒子将作受迫振动 其频率等于入射光频率 所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率 无法解释波长改变和散射角的关系 1 模型 光子和静止自由电子作弹性碰撞的过程 三 光子理论对康普顿效应的解释 电子反冲速度很大 需用相对论力学来处理 固体表面电子束缚较弱 可视为自由电子 电子热运动能量 电子平均动能 约百分之几eV 可近似为静止电子 入射光子 X或射线 能量 三 光子理论对康普顿效应的解释 光子理论认为康普顿效应是高能光子和低能自由电子作弹性碰撞的结果 具体解释如下 若光子和散射物外层电子 相当于自由电子 相碰撞 光子有一部分能量传给电子 散射光子的能量减少 因此波长变长 频率变低 为什么有波长变长的新波长 若光子和被原子核束缚很紧的内层电子相碰撞时 就相当于和整个原子相碰撞 由于光子质量远小于原子质量 碰撞过程中光子传递给原子的能量很少 碰撞前后光子能量几乎不变 故在散射光中仍然保留有波长 0的成分 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关 所以波长改变和散射角有关 散射谱线中为什么保留原波长 0 波长改变为什么和散射角有关 2 理论分析 能量守恒 动量守恒 康普顿公式 3 讨论 沿入射方向的散射线波长均与入射线波长相同 康普顿公式 11 证明了爱因斯坦光子理论的正确性 h 证明了微观粒子也遵守能量守恒 动量守恒定律 证明相对论效应在宏观 微观均存在获1927年诺贝尔物理奖 4 物理意义 首次在实验上证实了 光子具有动量 的假设 思考题 康普顿效应与光电效应的关系与区别 相同的 1 光子与电子的作用过程 2 满足能量守恒 解 1 例波长的X射线的光子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 2 反冲电子得到多少动能 光子的能量损失了多少 1 散射波长的改变量为多少 光子损失的能量 反冲电子的动能 康普顿 A H Compton 美国人 1892 1962 康普顿在做康普顿散射实验 1925 1926年吴有训用银的X射线 0 5 62nm 为入射线以15种轻重不同的元素为散射物质 三 吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年参加了发现康普顿效应的研究工作 对证实康普顿效应作出了重要贡献 在同一散射角 测量各种波长的散射光强度做了大量X射线散射实验 1 与散射物质无关仅与散射角有关 曲线表明 吴有训的康普顿效应散射实验曲线 证实了康普顿效应的普遍性 证实了两种散射线的产生机制 外层电子 自由电子 散射 0 内层电子 整个原子 散射 在康普顿的一