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文档简介

16 3康普顿效应 16 3 1康普顿效应的实验规律 1 实验装置示意图 2 瑞利散射和康普顿散射 1923年 美国物理学家康普顿 1892 1962 发现 单色X光被物质散射时 散射线中除 0的方向外 都有两种波长 在两种波长的散射中 波长不变的散射被后人称作瑞利散射 用 0表示 波长变长的散射被后人称作康普顿散射 用 表示 2 对于轻元素 的相对强度较大 对于重元素 0的相对强度较大 3 康普顿效应的实验规律 4 经典理论解释康普顿散射的困难 按经典电磁波理论 X光入射到散射物质时 物质中的电子吸收电磁波的能量 作同频率的受迫振动 并向外发射同频率的电磁波 经典理论只能说明瑞利散射 而不能解释康普顿散射 1 0随散射角的增大而增大 16 3 2光子理论解释康普顿效应 1 康普顿散射的成因 康普顿认为 波长变长的散射是由入射光子与原子中弱束缚电子弹性碰撞产生的 X光光子的能量一般约为104 105eV 而弱束缚电子的结合能一般约为10 102eV 其动能也很小 因此碰撞前可将弱束缚电子看成是静止的 另一方面 弱束缚电子被高能光子碰撞后便会脱离核的束缚而成为自由电子 因此碰撞前可将弱束缚电子看成是自由电子 康普顿散射可看成是 高能光子与静止的自由电子弹性碰撞的过程 应用相对论性的能量 动量守恒 由余弦定理得 将能量守恒式变为 平方整理后得到 再用相对论能量 动量关系 上式中的叫康普顿波长 结果显示 0确实随散射角的增大而增大 而且由上式算出的 与实验符合甚好 2 对瑞利散射的解释 内层电子被紧束缚 光子相当于和整个原子发生碰撞 在上面得到的公式中 将电子质量m0换成原子质量M 则趋于零 即产生瑞利散射 康普顿认为 波长不变的散射是由入射光子与原子中紧束缚电子弹性碰撞产生的 3 关于 0和 的成分 对于轻元素 多数电子处于弱束缚状态 故 的成分相对较强 对于重元素 多数电子处于紧束缚状态 故 0的成分相对较强 康普顿效应不仅在更大的能量范围证实了
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