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文档简介

1、15-3 康普顿效应康普顿效应12 1920 1920年,美国物理学家康年,美国物理学家康普顿在观察普顿在观察X 射线被物质散射射线被物质散射时,发现时,发现散射散射线中含有线中含有波长波长发发生了生了变化变化的成分的成分散射束中散射束中除了有与入射束波长除了有与入射束波长 0 相同的相同的射线,还有波长射线,还有波长 0 的射线的射线.康普顿探测器探测器石墨石墨散射光散射光实验装置实验装置4实验实验结果结果04590135(相对强度)(相对强度)(波长)(波长)I00 1 波长的偏移波长的偏移( ( ) ) 与与散射角有关散射角有关.0 2 与散射与散射物体无关物体无关.(2) 波长波长 0

2、 轻物质(多数电子处于弱束缚状态轻物质(多数电子处于弱束缚状态 )弱弱强强重物质(多数电子处于强束缚状态重物质(多数电子处于强束缚状态 )强强弱弱吴吴有有训训实实验验结结果果6经典物理经典物理的解释的解释经典理论只能说明波长不变的散射,而经典理论只能说明波长不变的散射,而不能不能说明说明康普顿康普顿散射。散射。电子受电子受迫振动迫振动同频率同频率散射线散射线发射发射 单色单色电磁波电磁波说明说明受迫振动受迫振动v000 00 照射照射散射物体散射物体000vxy光子电子xy电子光子碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后光子与电子的碰撞 hp光子动量大小电子的质量0221/mmc根据相对论理论量子解释 入射光

3、子( X 射线或 射线)能量大 .eV101054hE范围为:范围为:1. 入射光子与外层电子弹性碰撞入射光子与外层电子弹性碰撞 外层电子受原子核束缚较弱动能光子能量 近似自由近似自由近似静止近似静止静止静止 自由自由 电子电子入射光子与散射物质中束缚微弱的电子弹性碰撞时,一部分能量传给电子,散射光子能量减少,频率下降、波长变大.自由电子自由电子0 电子反冲速度很大,用电子反冲速度很大,用相对论力学相对论力学处理处理. .9原子00内层电子内层电子被紧束缚,光子相当于和整个原子发生碰撞。被紧束缚,光子相当于和整个原子发生碰撞。2. X 射线光子和原子内层电子相互作用射线光子和原子内层电子相互作

4、用光子光子内层电子内层电子外层电子外层电子波长变大的散射线波长变大的散射线波长不变的散射线波长不变的散射线结论:结论:光子质量远小于原子,碰撞时光子不损失能量,波长不变。10定量定量计算计算xy00echechvme0evmechech00动量守恒2200mchcmhv能量守恒cos2202222220222chchchmv 电子反冲速度很大,用电子反冲速度很大,用相对论力学相对论力学处理处理. .11cos2202222220222chchchmv)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv)cos1 (00cmhcc2/ 1220)/1 (cmmv0定量定量计

5、算计算12 康普顿波长康普顿波长 m 1043. 2120Ccmh2sin2)cos1 (200cmhcmh 康普顿公式康普顿公式)cos1 ()cos1 (C0cmh定量定量计算计算13 散射光波长的改变量散射光波长的改变量 仅与仅与 有关有关. .0, 0Cmax2)(, 散射光子能量减小散射光子能量减小00,结论结论xy00echechvme0e讨论讨论 若 则 ,可见光观察不到康普顿效应.C00 光具有波粒光具有波粒二象性二象性 一般而言,光在传递过程中,波动性较为显一般而言,光在传递过程中,波动性较为显著;光与物质相互作用时,粒子性比较显著著;光与物质相互作用时,粒子性比较显著. 与

6、 的关系与物质无关, 是光子与近自由电子间的相互作用. 散射中 的散射光是因光子与紧束缚电子的作用. 原子量大的物质,其电子束缚较强,因而康普顿效应不明显.015物理物理意义意义 光子假设的正确性,狭义相对论力学的正确性 . 微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.16 例例1 波长波长 的的 X 射线与射线与静止的自由电子作弹性碰撞,在与入射角成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,角的方向上观察, 问:问:m 101.00-10090 (2)反冲电子得到多少动能?反冲电子得到多少动能? (3)在碰撞中,光子的能量损失了多少?在碰撞中,光子的能量损失了多少? (1)散射波长的改变量散射波长的改变量 为多少?为多少?17(1))cos1 (CCC)90

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