第三节康普顿效应及其解释

1、第三节第三节康普顿效应及其解释康普顿效应及其解释普朗克普朗克爱因斯坦爱因斯坦hE 康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体对对X X 射线的散射射线的散射 按经典电磁理论：按经典电磁理论： 如果入射如果入射X X光是某光是某 种波长的电磁波，种波长的电磁波， 散射光的波长是散射光的波长是 不会改变的！不会改变的！康普顿散射曲线的特点：康普顿散射曲线的特点： 1.除原波长除原波长 0外出现了移向外出现了移向长波方向的新的散射波长长波方向的新的散射波长 。 2.新波长新波长 随散射角的增大随散射角的增大而增大。而增大。 散射中出现散射中出现 0 的现象，称的现象，称为为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为

2、波长的偏移为0 =0Oj=45Oj=90Oj=135Oj. . . . . . . . . .o（A）0.7000.750波长波长. . 0 光子的能量和动量光子的能量和动量2mcE hchcchmcP2hE 2chmhE hP动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的频率和波长则是用来描述波的光子的能量光子的能量:光子的动量光子的动量:二、经典电磁理论解释康普顿效应二、经典电磁理论解释康普顿效应 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，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，所以它所发射其

3、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。的散射光频率应等于入射光频率。 可以解释频率不变的一般散射。可以解释频率不变的一般散射。 无法解释波长改变和散射角的关系。无法解释波长改变和散射角的关系。三、光子理论对康普顿效应的解释三、光子理论对康普顿效应的解释三、光子理论对康普顿效应的解释三、光子理论对康普顿效应的解释三三. .康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义（1 1）有力地支持了爱因斯坦）有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设； （2 2）首次在实验上证实了）首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量” 的假设；的假设；（3 3）证实了）证实了在微观世界的单

4、个碰撞事件中，在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。动量和能量守恒定律仍然是成立的。康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。康康普普顿顿效效应应19251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的X射线射线( 0 =5.62nm

5、) 为入射线为入射线, 以以15种轻重不同的元素为散射物质，种轻重不同的元素为散射物质，四、吴有训对研究康普顿效应的贡献四、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作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对证实康普顿效应作出了重要贡献。重要贡献。在同一散射角在同一散射角( )测量测量各种波长的散射光强度，作各种波长的散射光强度，作了大量了大量 X 射线散射实验。射线散射实验。0120 j j（1897-19771897-1977） 吴有训吴有训小结小结Eh hP第四节光的波粒二象性前言：衍射现象 定义：是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。

6、维基百科 衍射又称为绕射。 衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象。挡水堰中间的缺口造成了水波衍射。挡水堰中间的缺口造成了水波衍射。 钢针的衍射钢针的衍射圆孔衍射圆孔衍射圆屏衍射圆屏衍射干涉现象定义：定义：干涉是两列或两干涉是两列或两列以上的波在空间中重列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成叠时发生叠加从而形成新波形的现象。新波形的现象。维基百科维基百科在水波槽里，两个点波在水波槽里，两个点波源共同产生的干涉图样源共同产生的干涉图样在历史上，干涉现象及在历史上，干涉现象及其相关实验是证明光的其相关实验是证明光的波动性波动性的重要依据。的重要依据。光的双缝干涉不同色光通过同一双缝产生的

7、干涉图样不同色光通过同一双缝产生的干涉图样激光激光挡板挡板屏屏暗条纹暗条纹亮条纹亮条纹证明光的波动性证明光的波动性有人认为光的干有人认为光的干涉没有排除光是粒子涉没有排除光是粒子的可能性。的可能性。激光激光挡板挡板屏屏光强减弱到每次只产生一个光子光强减弱到每次只产生一个光子显示了光的粒子性显示了光的粒子性一、波粒二象性 光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性。光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整描述光的所有性质，人们把这种性质称为波粒二象性光子是能量为光子是能量为h的微粒，表现出粒子性，的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率而光子

8、的能量与频率有关，体现了波动性，有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒。所以光子是统一了波粒二象性的微粒。但是，但是，在不同条件下的表现不同。在不同条件下的表现不同。光的粒子性光的粒子性: :1.1.与物质发生作用时与物质发生作用时, ,表现出粒子的性质表现出粒子的性质2.2.少量或个别光子容易显示出粒子性少量或个别光子容易显示出粒子性3.3.频率较大时频率较大时, ,易显示粒子性易显示粒子性光的波动性光的波动性: :1.1.传播时传播时, ,表现出波的性质表现出波的性质2.2.大量光子容易显示出波动性大量光子容易显示出波动性3.3.频率较小时频率较小时, ,易显示波动性易显示波动性正确理解波粒二象性正确理解波粒二象性综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统统一体一体，并不是独立存在的。，并不是独立存在的。光子在空间各点出现的概率，可以用光子在空间各点出现的概率，可以用波动规律来描述。如单个光子通过双波动规律来描述。如单个光子通