大學(xué)物理(下)課件：15-3康普頓效應(yīng)

1、15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)12 1920 1920年，美國物理學(xué)家康年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察普頓在觀察X 射線被物質(zhì)散射射線被物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)時，發(fā)現(xiàn)散射散射線中含有線中含有波長波長發(fā)發(fā)生了生了變化變化的成分的成分散射束中散射束中除了有與入射束波長除了有與入射束波長 0 相同的相同的射線，還有波長射線，還有波長 0 的射線的射線.康普頓探測器探測器石墨石墨散射光散射光實驗裝置實驗裝置4實驗實驗結(jié)果結(jié)果04590135（相對強度）（相對強度）（波長）（波長）I00 1 波長的偏移波長的偏移( ( ) ) 與與散射角有關(guān)散射角有關(guān).0 2 與散射與散射物體無關(guān)物體無關(guān).(2) 波長波長 0

2、 輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài)輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài) ）弱弱強強重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強束縛狀態(tài)重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強束縛狀態(tài) ）強強弱弱吳吳有有訓(xùn)訓(xùn)實實驗驗結(jié)結(jié)果果6經(jīng)典物理經(jīng)典物理的解釋的解釋經(jīng)典理論只能說明波長不變的散射，而經(jīng)典理論只能說明波長不變的散射，而不能不能說明說明康普頓康普頓散射。散射。電子受電子受迫振動迫振動同頻率同頻率散射線散射線發(fā)射發(fā)射 單色單色電磁波電磁波說明說明受迫振動受迫振動v000 00 照射照射散射物體散射物體000vxy光子電子xy電子光子碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后光子與電子的碰撞 hp光子動量大小電子的質(zhì)量0221/mmc根據(jù)相對論理論量子解釋 入射光

3、子（ X 射線或 射線）能量大 .eV101054hE范圍為：范圍為：1. 入射光子與外層電子彈性碰撞入射光子與外層電子彈性碰撞 外層電子受原子核束縛較弱動能光子能量 近似自由近似自由近似靜止近似靜止靜止靜止 自由自由 電子電子入射光子與散射物質(zhì)中束縛微弱的電子彈性碰撞時，一部分能量傳給電子，散射光子能量減少，頻率下降、波長變大.自由電子自由電子0 電子反沖速度很大，用電子反沖速度很大，用相對論力學(xué)相對論力學(xué)處理處理. .9原子00內(nèi)層電子內(nèi)層電子被緊束縛，光子相當(dāng)于和整個原子發(fā)生碰撞。被緊束縛，光子相當(dāng)于和整個原子發(fā)生碰撞。2. X 射線光子和原子內(nèi)層電子相互作用射線光子和原子內(nèi)層電子相互作

4、用光子光子內(nèi)層電子內(nèi)層電子外層電子外層電子波長變大的散射線波長變大的散射線波長不變的散射線波長不變的散射線結(jié)論：結(jié)論：光子質(zhì)量遠小于原子，碰撞時光子不損失能量，波長不變。10定量定量計算計算xy00echechvme0evmechech00動量守恒2200mchcmhv能量守恒cos2202222220222chchchmv 電子反沖速度很大，用電子反沖速度很大，用相對論力學(xué)相對論力學(xué)處理處理. .11cos2202222220222chchchmv)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv)cos1 (00cmhcc2/ 1220)/1 (cmmv0定量定量計

5、算計算12 康普頓波長康普頓波長 m 1043. 2120Ccmh2sin2)cos1 (200cmhcmh 康普頓公式康普頓公式)cos1 ()cos1 (C0cmh定量定量計算計算13 散射光波長的改變量散射光波長的改變量 僅與僅與 有關(guān)有關(guān). .0, 0Cmax2)(, 散射光子能量減小散射光子能量減小00,結(jié)論結(jié)論xy00echechvme0e討論討論 若 則 ，可見光觀察不到康普頓效應(yīng).C00 光具有波粒光具有波粒二象性二象性 一般而言，光在傳遞過程中，波動性較為顯一般而言，光在傳遞過程中，波動性較為顯著；光與物質(zhì)相互作用時，粒子性比較顯著著；光與物質(zhì)相互作用時，粒子性比較顯著. 與

6、 的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)， 是光子與近自由電子間的相互作用. 散射中 的散射光是因光子與緊束縛電子的作用. 原子量大的物質(zhì)，其電子束縛較強，因而康普頓效應(yīng)不明顯.015物理物理意義意義 光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性 . 微觀粒子的相互作用也遵守能量守恒和動量守恒定律.16 例例1 波長波長 的的 X 射線與射線與靜止的自由電子作彈性碰撞，在與入射角成靜止的自由電子作彈性碰撞，在與入射角成 角的方向上觀察，角的方向上觀察， 問：問：m 101.00-10090 （2）反沖電子得到多少動能？反沖電子得到多少動能？ （3）在碰撞中，光子的能量損失了多少？在碰撞中，光子的能量損失了多少？ （1）散射波長的改變量散射波長的改變量 為多少？為多少？17（1）)cos1 (CCC)90