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1、第十五单元量子物理QuantumPhysics,第三讲康普顿效应ComptonEffect,康普顿A.H.Compton(1892-1962)美国实验物理学家，芝加哥大学教授。因发现康普顿效应而获得1927年诺贝尔物理学奖,一、康普顿效应的实验及其规律,1、实验装置,1923年,测量了X射线沿各方向的散射波,发现在散射光线中除了有与入射线波长相同的射线外，还有波长大于入射线波长的射线，这种改变波长的散射现象康普顿效应ComptonEffect,说明什么？,一、康普顿效应的实验及其规律,2、康普顿散射的实验规律,1)在散射光线中有与入射光波长相同的射线,也有波长大于入射光的射线;,4)在原子量较

2、小的物质中，康普顿散射较强;对原子量较大的物质，康普顿散射较弱。,2)波长的偏移量随散射角的增加而增加;,3)在同一散射角下，所有散射物质波长的偏移量都是相同的。,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,二、经典理论遇到的困难,康普顿散射的实验结果与光的波动说相矛盾,受迫振动v0,三、康普顿效应的理论解释,光子理论解释,2)光子与实物粒子一样，能与电子等粒子作弹性碰撞。,1)X射线由的光子组成；,1)入射光子与外层电子弹性碰撞,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质量，碰撞时光子不会明显损失能量，波长不变。,内层电子被束缚很紧，光子相当于和整个

3、原子发生碰撞。,三、康普顿效应的理论解释,光子理论解释,2)光子与实物粒子一样，能与电子等粒子作弹性碰撞。,1)X射线由的光子组成；,波长变化,结论,三、康普顿效应的理论解释,光子理论解释,2)光子与实物粒子一样，能与电子等粒子作弹性碰撞。,1)X射线由的光子组成；,三、康普顿效应的理论解释,X射线光子与自由电子的碰撞,(1)碰撞前,*电子,*光子,能量:,动量:,(2)碰撞后,*光子,能量:,动量:,能量:,动量:,*电子,能量:,动量:,三、康普顿效应的理论解释,碰撞过程中能量守恒,消去,得:,三、康普顿效应的理论解释,碰撞过程中能量守恒,康普顿波长:,四、康普顿散射实验的意义,1、有力地

4、支持了“光子假说”的正确性；狭义相对论动力学的正确性；也证实了普朗克假设=h的正确；,2、首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；,3、证实了在微观的单个碰撞事件中，动量守恒定律和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。,解：,1）,2）,由能量守恒，得：,解：,3）,由动量守恒，得：,解：,1）入射光子的频率和波长分别为:,用康普顿散射公式可得：,解：,2）反冲电子的动能：,电子的速度可由相对论的能量关系求出：,解：,2）,电子的动量：,动量守恒：,同学们再见！,