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1、15-3 康普頓效應(yīng),引言：1905年愛因斯坦提出光子理論，并成功解釋了光電效應(yīng).,1920年，康普頓在研究X射線被物質(zhì)(石墨)散射時，發(fā)現(xiàn)散射線中還含有比入射波長更長的射線。,一、康普頓散射實驗：,如果是X射線與電子作用呢？,但僅可見光紫外光的實驗, 而其僅占整個電磁波范圍極少部分，,因此，仍有物理學(xué)家們對此光子概念有疑慮,1. 散射光中除了和入射光波長0 相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長大于0 的新的射線。,康普頓實驗指出,2. 新波長 隨散射角 的增大而增大。,實驗規(guī)律是：,二 、經(jīng)典理論的困難,經(jīng)典電磁理論難解釋為什么有0的散射：,光的散射過程：,電磁波入射光帶電粒子吸收能量,散射=入射

2、,做受迫振蕩所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率,愛因斯坦光子理論可以解釋！,入射X光子 彈性碰撞物中靜止自由電子,1. 康普頓做了成功的解釋：,假設(shè)X射線光子與“靜止”的“自由電子”作完全彈性碰撞,碰撞過程中能量與動量守恒。,三. 用光子理論解釋康普頓效應(yīng),,自由電子,反沖電子,能量守恒,動量守恒,反沖電子質(zhì)量,,解得：,2. 定量計算：,c 稱為電子的康普頓波長,= 2 .4310-2,討論：(1)為什么可見光觀察不到康普頓效應(yīng)？(思15-14),光電效應(yīng)(可見光)：吸收光子； 康普頓效應(yīng)(X射線)：散射光子。,(2) 光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)的區(qū)別？(思15-12),（3） 散射X光中兩個波長

3、、0(原入射波長),并且0,核的外層電子束縛弱高能X光碰撞產(chǎn)生散射光,核的內(nèi)層電子束縛強高能X光碰撞產(chǎn)生散射光0,碰撞能量守恒反沖電子能量增加h散h入0,四. 康普頓散射實驗的意義,2. 證實了在微觀領(lǐng)域，動量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普頓獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎。,E = h,1. 證實了光子理論的正確性，說明了光子具有質(zhì)量、能量、動量---光具有粒子性。,p = /c = h /c = h /,康普頓 （A. H.Compton) 美國人(1892-1962）,20世紀(jì)50年代的吳有訓(xùn),吳有訓(xùn)（18971977）,物理學(xué)家、,中國科學(xué)院副院長，,曾任清華大學(xué)物理系主任、理學(xué)院院長

4、。,清華大學(xué)物理系教授，,對證實康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn),解（1）,例3 波長 的X射線與靜止的自由電子作彈性碰撞, 在與入射角成 角的方向上觀察, 問,（2） 反沖電子的動能光子損失的能量,,,,,,,（3） 反沖電子的方向 ,*例 一能量,的光子與一靜止,電子碰撞，碰后光子的散射角為 60o 求 (1) 光子的波長 、頻率、能量各改變多少 ？ (2)電子的動能 、動量的大小和方向 。,解1) 入射光子的頻率 、波長分別為,,,,,,,,2) 電子動能 = 光子能量的減少,電子動量 ：依據(jù),豎直方向上動量守恒 ，即：,光(波)具有粒子性，那么實物粒子具有,一.德布羅意假設(shè),

5、波動性嗎?,L.V. de Broglie （ 法國人，1892 1987 ）,15-6 德布羅意波,任何實物粒子，既具有粒子性，又有波動性 ，即實物粒子具有波粒二象性。,1.德布羅意假設(shè),與粒子相聯(lián)系的波稱為物質(zhì)波，,或德布羅意波，,粒子性：有能量 E、動量 P，,波動性：有頻率 和波長 .,電子靜止能量：,1）非相對論: v << c，,2. 電子在不同能量范圍的德布羅意公式,電子的德布羅意波長：,2）相對論： v c，,電子,例 4A、計算電子動能分別是100ev, 1Mev的德布羅意波長?,解 Ek=100 ev << m0c2，,非相對論：,,相對論,如按非相對論,由于質(zhì)量算小了誤差達(dá)40%,例 4B、計算質(zhì)量 m=0.01kg ，速率 v=300m/s的子彈的德布羅意 波波長 。,解: v <