量子物理3省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

同学们好！吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光电效应康普顿效应电子偶效应第1页

普朗克能量子理论

爱因斯坦光量子理论上讲内容：光与物质相互作用基本形式:光电效应——光子论提出康普顿效应电子偶效应光子论应用和检验第2页*爱因斯坦光子理论①光是以光速运动光子流②每个光子能量和动量③光强即光能流密度N:单位时间经过垂直于单位面积光子个数第3页§17-3康普顿效应1.试验规律试验装置示意图:X光被石墨散射X

射线管石墨体

X射线谱仪晶体第4页试验规律：①散射光②波长改变量③原子量越小物质，康普顿效应越显著第5页康普顿散射与散射角关系相对强度0.7000.750•

(Å)•••••••••••••••••••••••••••••••••••第6页同一散射角下随散射物质改变第7页经典物理无法解释康普顿效应。2.经典物理碰到困难

电磁波为横波，

依据经典电磁波理论，当电磁波经过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射散射光频率应等于入射光频率:3.用光子论解释康普顿效应①基本思想X射线（光子流）与散射物质相互作用情况与散射物质种类无关光子电子相互作用第8页

完全非弹性碰撞：光子被电子吸收，电子能量增加,当电子能量足够大时，成为光电子逸出。即光电效应*光子、电子均视为“点粒子”，所以不考虑普通非弹性碰撞经典情况完全非弹性碰撞弹性碰撞非弹性碰撞第9页

弹性碰撞光子内层电子束缚强光子原子m<<M光子能量不变瑞利散射光子外层电子束缚弱光子自由电子光子能量降低电子反冲康普顿散射原子量越小物质发生第二种碰撞概率越大，康普顿效应显著。第10页

定量计算*光子能量>>自由电子热运动能量光子静止自由电子弹性碰撞能量守恒动量守恒第11页光子电子撞前撞后第12页动量守恒：由能量守恒：⑴质速关系：⑶余弦定理：⑵建立方程第13页求解得：令电子康普顿波长

证实了爱因斯坦光子理论正确性

证实了能量守恒、动量守恒定律普适性

证实相对论效应在宏观、微观均存在理论结果与试验相符第14页练习：解：

波长改变量相同对紫光入射光能量较低时，康普顿效应不显著，将主要观察到光电效应第15页发生康普顿效应与光电效应概率吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光电效应康普顿效应……第16页解：1)2)

反冲电子动能即光子损失能量练习观察到散射光波长多少？反冲电子动能、动量为多少？第17页由动量守恒定律：3)

反冲电子动量解得xy

o第18页三、电子偶效应光与物质相互作用基本形式光电效应康普顿效应电子偶效应1.高能光子与重元素原子核相撞，转变为电子偶试验能量守恒（忽略重原子核反冲动能）条件：第19页2.正负电子相遇时湮灭、产生两个光子试验：能量守恒：若则P.151：美国柯温、赖因斯用电子偶湮灭过程成功证实中微子存在1995年诺贝尔物理奖：介绍第20页*表17.2—2光与物质三种相互作用比较光电效应康普顿效应电子偶效应光子产生湮灭可见光、紫外线软X射线硬X射线、射线物质粒子束缚电子自由电子、弱束缚电子重原子核自由正负电子物理过程完全非弹性碰撞；光子被吸收，电子逸出。弹性碰撞；光子被散射，电子反冲光子转化为电子偶电子偶转化为光子对第21页吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光电效应康普顿效应电子偶效应