康普顿散射实验的意义支持了

康普顿散射实验的意义支持了第1页/共20页θ0λ0散射线中有两种波长0

、

，θ的增大而增大。随散射角探测器0一.实验规律X光管光阑散射物体第2页/共20页=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波长.......散射曲线的三个特点：

1.除原波长0外出现了移向长波方面的新的散射波长

2.新波长

随散射角的增大而增大3.当散射角增大时原波长的谱线强度降低而新波长的谱线强度升高第3页/共20页二.经典物理的解释经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿散射。电子受迫振动同频率散射线发射

单色电磁波θ说明受迫振动v0照射散射物体第4页/共20页三.光子理论解释能量、动量守恒1.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静止静止自由电子θ第5页/共20页2.X射线光子和原子内层电子相互作用光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。原子自由电子000内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。所以，波长改变量康普顿波长光子内层电子外层电子波长变大的散射线波长不变的散射线(1)说明第6页/共20页

1925—1926年吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射线以15种轻重不同的元素为散射物质(2)、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年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重要贡献在同一散射角()测量各种波长的散射光强度做了大量X射线散射实验第7页/共20页

波长0

轻物质（多数电子处于弱束缚状态）弱强重物质（多数电子处于强束缚状态）强弱吴有训实验结果第8页/共20页证实了康普顿效应的普遍性证实了两种散射线的产生机制

－外层电子(自由电子)散射

0－内层电子(整个原子)散射在康普顿的一本著作“X-Raysintheoryandexperiment”(1935)中19处引用了吴的工作两图并列作为康普顿效应的证据

吴有训

(1897—1977)意义:0第9页/共20页3.康普顿散射实验的意义支持了“光量子”概念进一步证实了首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设证实了在微观的单个碰撞事件中,动量和能量守恒定律仍然成立康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖P=E/c=h/c=h/=h第10页/共20页

康普顿（A.

H.Compton)美国人(1892-1962）康普顿在做康普顿散射实验第11页/共20页四、光电效应和康普顿效应的区别相同点：都是电磁波和物质的相互作用过程。不同点：1、入射光子能量不同光电效应中入射光为可见光康普顿效应中入射光为x射线２、相互作用过程不同光电效应——光子与束缚电子的作用，光子的hv全部被金属中的束缚电子吸收，使e成为一个自由电子逸出金属表面。第12页/共20页康普顿效应——相当于光子与自由电子作用，自由电子只部分吸收光子能量，使光子失去一部分能量，飞行方向偏转。3、光电效应——e吸收光子的全部能量而脱出金属表面，能量守恒康普顿效应——e和光子弹性碰撞，能量守恒，动量守恒4、两种效应发生的几率由入射光子的能量和原子的质量决定如选100kev的光子和铅(重金属)碰撞，它主要发生光电效应选200kev的光子和铝(轻金属)碰撞，它主要发生康普顿效应一般来说，发生光电效应的几率随光子的的增大而减小第13页/共20页例1用波长0=1埃的光子作康普顿实验。求(1)、散射角＝900的康普顿散射波长是多少？(2)、分配给这个反冲电子的动能多大？解：(1)、康普顿散射光子波长：(2)、根据能量守恒第14页/共20页例2用强度为I，波长为的X射线(伦琴射线)分别照射锂(Z=3)和铁(Z=26)，若在同一散射角下测得康普顿散射的X射线波长分别为li和Fe(li，Fe>)，它们对应的强度分别为Ili和IFe，则()实验表明，对轻元素，波长变大的散射线相对较强，与0及散射物质无关，只随增大而增大，所以选(C)例3证明康普顿散射实验中，波长为0的一个光子与质量为m0的静止电子碰撞后，电子的反冲角与光子散射角之间的关系为：证明：将动量守恒式写成分量形式及康普顿效应结论：第15页/共20页由(1)、(2)得上式分子分母为将(3)式代入：第16页/共20页例

λ0=0.02nm的X射线与静止的自由电子碰撞,若从与入射线成900的方向观察散射线，求散射线的波长λ

。解能量守恒，反冲电子动能等于光子能量之差动量守恒根据动能、动量关系，波长为第17页/共20页例4如图示，一束能量为hv0得光子流与静止质量为me的静止自由电子作弹性碰撞，若散射的光子能量为hv，试证明散射角满足下式：证明：分别代表碰撞前后光子运动的单位矢量，设碰撞后电子沿角方向飞出，它的动量、能量分