量子物理3省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

同學(xué)們好！吸收系數(shù)(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)第1頁

普朗克能量子理論

愛因斯坦光量子理論上講內(nèi)容：光與物質(zhì)相互作用基本形式:光電效應(yīng)——光子論提出康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)光子論應(yīng)用和檢驗第2頁*愛因斯坦光子理論①光是以光速運動光子流②每個光子能量和動量③光強即光能流密度N:單位時間經(jīng)過垂直于單位面積光子個數(shù)第3頁§17-3康普頓效應(yīng)1.試驗規(guī)律試驗裝置示意圖:X光被石墨散射X

射線管石墨體

X射線譜儀晶體第4頁試驗規(guī)律：①散射光②波長改變量③原子量越小物質(zhì)，康普頓效應(yīng)越顯著第5頁康普頓散射與散射角關(guān)系相對強度0.7000.750?

(?)???????????????????????????????????第6頁同一散射角下隨散射物質(zhì)改變第7頁經(jīng)典物理無法解釋康普頓效應(yīng)。2.經(jīng)典物理碰到困難

電磁波為橫波，

依據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波經(jīng)過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率:3.用光子論解釋康普頓效應(yīng)①基本思想X射線（光子流）與散射物質(zhì)相互作用情況與散射物質(zhì)種類無關(guān)光子電子相互作用第8頁

完全非彈性碰撞：光子被電子吸收，電子能量增加,當電子能量足夠大時，成為光電子逸出。即光電效應(yīng)*光子、電子均視為“點粒子”，所以不考慮普通非彈性碰撞經(jīng)典情況完全非彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞第9頁

彈性碰撞光子內(nèi)層電子束縛強光子原子m<<M光子能量不變?nèi)鹄⑸涔庾油鈱与娮邮`弱光子自由電子光子能量降低電子反沖康普頓散射原子量越小物質(zhì)發(fā)生第二種碰撞概率越大，康普頓效應(yīng)顯著。第10頁

定量計算*光子能量>>自由電子熱運動能量光子靜止自由電子彈性碰撞能量守恒動量守恒第11頁光子電子撞前撞后第12頁動量守恒：由能量守恒：⑴質(zhì)速關(guān)系：⑶余弦定理：⑵建立方程第13頁求解得：令電子康普頓波長

證實了愛因斯坦光子理論正確性

證實了能量守恒、動量守恒定律普適性

證實相對論效應(yīng)在宏觀、微觀均存在理論結(jié)果與試驗相符第14頁練習：解：

波長改變量相同對紫光入射光能量較低時，康普頓效應(yīng)不顯著，將主要觀察到光電效應(yīng)第15頁發(fā)生康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)概率吸收系數(shù)(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)……第16頁解：1)2)

反沖電子動能即光子損失能量練習觀察到散射光波長多少？反沖電子動能、動量為多少？第17頁由動量守恒定律：3)

反沖電子動量解得xy

o第18頁三、電子偶效應(yīng)光與物質(zhì)相互作用基本形式光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)1.高能光子與重元素原子核相撞，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮优荚囼災(zāi)芰渴睾悖ê雎灾卦雍朔礇_動能）條件：第19頁2.正負電子相遇時湮滅、產(chǎn)生兩個光子試驗：能量守恒：若則P.151：美國柯溫、賴因斯用電子偶湮滅過程成功證實中微子存在1995年諾貝爾物理獎：介紹第20頁*表17.2—2光與物質(zhì)三種相互作用比較光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)光子產(chǎn)生湮滅可見光、紫外線軟X射線硬X射線、射線物質(zhì)粒子束縛電子自由電子、弱束縛電子重原子核自由正負電子物理過程完全非彈性碰撞；光子被吸收，電子逸出。彈性碰撞；光子被散射，電子反沖光子轉(zhuǎn)化為電子偶電子偶轉(zhuǎn)化為光子對第21頁