普通物理学康普顿效应

普通物理学康普顿效应第1页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿实验装置示意图第2页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿实验装置示意图X射线管φ第3页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿实验装置示意图X射线管石墨体φ第4页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿实验装置示意图X射线管石墨体φ晶体第5页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿实验装置示意图X射线管石墨体X射线谱仪φ晶体第6页，课件共93页，创作于2023年2月石墨的康普顿效应.................φ=0O(a)(b)(c)(d)o相对强度（A）0.7000.750λ波长第7页，课件共93页，创作于2023年2月石墨的康普顿效应...................................φ=0φ=45OO(a)(b)(c)(d)相对强度（A）0.7000.750λ波长第8页，课件共93页，创作于2023年2月石墨的康普顿效应.........................................................φ=0φ=45φ=90OOO(a)(b)(c)(d)相对强度（A）0.7000.750λ波长第9页，课件共93页，创作于2023年2月石墨的康普顿效应........................................................................................φ=0φ=45φ=90φ=135OOOO(a)(b)(c)(d)o相对强度（A）0.7000.750λ波长第10页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿实验指出第11页，课件共93页，创作于2023年2月

散射光中除了和入射光波长λ0

相同的射线之外，还出现一种波长λ大于λ0

的新的射线。

康普顿实验指出第12页，课件共93页，创作于2023年2月

散射光中除了和入射光波长λ0

相同的射线之外，还出现一种波长λ大于λ0

的新的射线。我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：

康普顿实验指出第13页，课件共93页，创作于2023年2月

散射光中除了和入射光波长λ0

相同的射线之外，还出现一种波长λ大于λ0

的新的射线。我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：

1.原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；

康普顿实验指出第14页，课件共93页，创作于2023年2月

散射光中除了和入射光波长λ0

相同的射线之外，还出现一种波长λ大于λ0

的新的射线。我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：

1.原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；

2.当散射角φ

增加时，波长改变康普顿实验指出也随着增加；λ0λ第15页，课件共93页，创作于2023年2月

散射光中除了和入射光波长λ0

相同的射线之外，还出现一种波长λ大于λ0

的新的射线。我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：

1.原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；

2.当散射角φ

增加时，波长改变康普顿实验指出质的波长改变都相同。也随着增加；在同一散射角下，所有散射物λ0λ第16页，课件共93页，创作于2023年2月经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难第17页，课件共93页，创作于2023年2月经典电磁理论在解释时遇到的困难

1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，第18页，课件共93页，创作于2023年2月经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难

1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，第19页，课件共93页，创作于2023年2月经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难

1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。第20页，课件共93页，创作于2023年2月经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难

1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。

2.无法解释波长改变和散射角的关系。第21页，课件共93页，创作于2023年2月光子理论对康普顿效应的解释第22页，课件共93页，创作于2023年2月光子理论对康普顿效应的解释光子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

第23页，课件共93页，创作于2023年2月光子理论对康普顿效应的解释光子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。

第24页，课件共93页，创作于2023年2月光子理论对康普顿效应的解释光子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。

2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,第25页，课件共93页，创作于2023年2月光子理论对康普顿效应的解释光子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。

2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

第26页，课件共93页，创作于2023年2月光子理论对康普顿效应的解释光子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。

2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

3.因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。第27页，课件共93页，创作于2023年2月康普顿效应的定量分析第28页，课件共93页，创作于2023年2月ν康普顿效应的定量分析YXmoeoh第29页，课件共93页，创作于2023年2月ν康普顿效应的定量分析YXvmYXmoeoνhh第30页，课件共93页，创作于2023年2月νθ康普顿效应的定量分析YXvmYXmoeoφXmvνcnnohνchνhh第31页，课件共93页，创作于2023年2月νθ康普顿效应的定量分析YXvmYXmoeoφXmvνcnnohνchνhh由能量守恒:

hocm2=+cm2o

h+第32页，课件共93页，创作于2023年2月νθ康普顿效应的定量分析YXvmYXmoeo由能量守恒:由动量守恒:φXmvνcnhνhh

hocm2=+cm2o

h+noνchcνnhvm=+o第33页，课件共93页，创作于2023年2月cosννθ康普顿效应的定量分析YXvmYXmoeo由能量守恒:由动量守恒:φXmvνcnhhhhνooccccm2222=v)((())ννφ+hνhh

hocm2=+cm2o

h+noνchcνnhvm=+o第34页，课件共93页，创作于2023年2月mf2ll=022hcsin最后得到：0第35页，课件共93页，创作于2023年2月最后得到：此式说明：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。

mf2ll=022hcsin0第36页，课件共93页，创作于2023年2月最后得到：此式说明：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。

λλo的理论值和实验值相符。mf2ll=022hcsin0第37页，课件共93页，创作于2023年2月最后得到：此式说明：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。

λλo的理论值和实验值相符。mf2ll=022hcsin0mhc0=0.0243(A)称为康普顿波长o第38页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？

第39页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？解：Ek=mc2-moc2

第40页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]

第41页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]

第42页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]=Eo(1/0.8-1)

第43页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]=Eo(1/0.8-1)=0.25Eo

第44页，课件共93页，创作于2023年2月例1：在康普顿散射中，如果反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得能量是静能的几倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]=Eo(1/0.8-1)=0.25Eo

所以电子获得能量即动能是静能的0.25倍。第45页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？

第46页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

第47页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h

第48页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

第49页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/

第50页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/=hc/6第51页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/=hc/6hc/1.2hc/6/Ek=第52页，课件共93页，创作于2023年2月例2：在康普顿散射中，如果散射的波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子能量

与反冲电子动能Ek之比为多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/=hc/6hc/1.2hc/6/Ek==6/1.2=5第53页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。

o第54页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/o第55页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)o第56页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)A

oo第57页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024oo第58页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024

oo第59页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667

oo第60页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8ooo第61页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

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/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2

oo第62页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2oo第63页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2=h-hooo第64页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2=h-ho=hc/•(

/)

oo第65页，课件共93页，创作于2023年2月例3：一波长=2.0A的X光射入碳块上，由于康普顿散射频率改变了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反冲电子获得的动能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/«1)康普顿散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2=h-ho=hc/•(

/)=3.9810-19Joo第66页，课件共93页，创作于2023年2月例4：在康普顿散射实验中，入射的X射线波长λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射线的波长；(2)反冲电子的动能；(3)反冲电子的出射角以及反冲电子的动量。

O第67页，课件共93页，创作于2023年2月例4：在康普顿散射实验中，入射的X射线波长λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射线的波长；(2)反冲电子的动能；(3)反冲电子的出射角以及反冲电子的动量。解：(1)已知散射角

=90O第68页，课件共93页，创作于2023年2月例4：在康普顿散射实验中，入射的X射线波长λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射线的波长；(2)反冲电子的动能；(3)反冲电子的出射角以及反冲电子的动量。解：(1)已知散射角

=90°，波长改变量

△λ=λ-λo

O第69页，课件共93页，创作于2023年2月例4：在康普顿散射实验中，入射的X射线波长λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射线的波长；(2)反冲电子的动能；(3)反冲电子的出射角以及反冲电子的动量。解：(1)已知散射角

=90°，波长改变量

△λ=λ-λo

=0.024(1-cos90°)

O第70页，课件共93页，创作于2023年2月例4：在康普顿散射实验中，入射的X射线波长λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射线的波长；(2)反冲电子的动能；(3)反冲电子的出射角以及反冲电子的动量。解：(1)已知散射角

=90°，波长改变量

△λ=λ-λo

=0.024(1-cos90°)

=

0.024AOO第71页，课件共93页，创作于2023年2月例4：在康普顿散射实验中，入射的X射线波长λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射线的波长；(2)反冲电子的动能；(3)反冲电子的出射角以及反冲电子的动量。解：(1)已知散射角

=90°，波长改变量

△λ=λ-λo

=0.024(1-cos90°)

=

0.024A所以散射线波长

λ=λo+△λ=0.1+0.024=0.124AOOO第72页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

第73页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′第74页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)

第75页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′

第76页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′=6.63×10-34×3×10-8×0.024/0.1×0.124

第77页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′=6.63×10-34×3×10-8×0.024/0.1×0.124=3.85×10-15J

第78页，课件共93页，创作于2023年2月

(2)反冲电子的动能等于入射光子与散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′=6.63×10-34×3×10-8×0.024/0.1×0.124=3.85×10-15J

=2.4×104eV第79页，课件共93页，创作于2023年2月

(3)设散射前：光子动量

P=h/λiP=h/λi第80页，课件共93页，创作于2023年2月

(3)设散射前：光子动量

P=h/λi电子动量

Pe=0

P=h/λi第81页，课件共93页，创作于2023年2月

(3)设散射前：光子动量

P=h/λi电子动量

Pe=0

散射后：光子动量P′=h/λ′jP=h/λiP′=h/λ′

i第82页，课件共93页，创作于2023年2月

(3)设散射前：光子动量

P=h/λi电子动量

Pe=0

散射后：光子动量P′=h/λ′j电子动量

Pe′=mυP=h/λiP′=h/λ′

iPe′=mv第83页，课件共93页，创作于2023年2月

(3)设散射前：光子动量

P=h/λi电子动量

Pe=0

散射后：光子动量P′=h/λ′j电子动量

Pe′=mυ根据动量守恒定律：P+Pe

=P′+Pe′P=h/λiP′=h/λ′

iPe′=mv第84页，课件共93页，