48-康普顿效应资料课件

普朗克能量子理论

爱因斯坦光量子理论上讲内容：光与物质相互作用的基本形式:光电效应——光子论的提出康普顿效应电子偶效应光子论的应用和检验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*爱因斯坦光子理论①光是以光速运动的光子流②每个光子能量和动量③光强即光的能流密度N:单位时间通过垂直于单位面积的光子个数*爱因斯坦光子理论①光是以光速运动的光子流②每个光子能量

1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生了变化的成分——散射束中除了有与入射束波长

0相同的射线，还有波长

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0的射线.1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散实验装置示意图:X光被石墨散射X

射线管石墨体

X射线谱仪晶体一实验装置实验装置示意图:X光被石墨散射X射线管石墨体X晶体一48-康普顿效应资料课件①散射光②波长改变量③原子量越小的物质，康普顿效应越显著二实验结果①散射光②波长改变量③原子量越小的物质，康普顿效应越显著二康普顿散射与散射角的关系相对强度0.7000.750•

(Å)•••••••••••••••••••••••••••••••••••康普顿散射与散射角的关系相对强度0.7000.750•(Å三经典理论的困难按经典电磁理论，带电粒子受到入射电磁波的作用而发生受迫振动，从而向各个方向辐射电磁波，散射束的频率应与入射束频率相同，带电粒子仅起能量传递的作用.可见，经典理论无法解释波长变长的散射线.三经典理论的困难按经典电磁理论，带电1定性分析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四量子解释

入射光子（X

射线或射线）能量大

.范围为：1定性分析X射线（光子流）与散射物质相互作用情况与散射物质

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”，所以不考虑一般非弹性碰撞典型情况完全非弹性碰撞弹性碰撞非弹性碰撞完全非弹性碰撞：光子被电子吸收，电子能量增加,当电子能

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减少电子反冲康普顿散射(能量不会显著减小)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。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

电子反冲速度很大，用相对论力学处理.

电子热运动能量，可近似为静止电子.

固体表面电子束缚较弱，视为近自由电子.

光子电子电子光子2定量计算电子反冲速度很大，用相对论力学处理.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光子静止自由电子弹性碰撞能量守恒动量守恒光子电子撞前撞后光子电子撞前撞后动量守恒：由能量守恒：质速关系：余弦定理：建立方程动量守恒：由能量守恒：质速关系：余弦定理：建立方程

康普顿波长

康普顿公式康普顿波长康普顿公式

散射光波长的改变量仅与有关.

散射光子能量减小3

结论散射光波长的改变量仅与有关.散射光子能量减小4

讨论

若则，可见光观察不到康普顿效应.光具有波粒二象性一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著.4讨论若则

与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.

散射中的散射光是因光子与紧束缚电子的作用.原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显.与的关系与物质无关，是光5

物理意义证明了爱因斯坦光子假设的正确性。狭义相对论力学的正确性.

（相对论效应在宏观、微观均存在）

微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.5物理意义证明了爱因斯坦光子假设的正确性。微观粒子练习：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练习：解：波长改变量相同对紫光入射光能量较低时，康普顿

例1

波长的X射线与静止的自由电子作弹性碰撞，在与入射角成角的方向上观察，问：（2）反冲电子得到多少动能？（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？（1）散射波长的改变量为多少？例1波长