18-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)1. 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 康普頓研究了康普頓研究了X射線射線經(jīng)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)經(jīng)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn), 進(jìn)進(jìn)一步證實(shí)了愛因斯坦的一步證實(shí)了愛因斯坦的光子概念。光子概念?？灯疹D康普頓吳有訓(xùn)吳有訓(xùn)X光光管管光光闌闌0散射散射物質(zhì)物質(zhì)X光檢測光檢測器器晶體晶體康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 康普頓發(fā)現(xiàn)康普頓發(fā)現(xiàn), ,在散射光中除了有與入射光波長在散射光中除了有與入射光波長0 相同的射線之外，同時還出現(xiàn)一種波長相同的射線之外，同時還出現(xiàn)一種波長大于大于0 的射線的射線。這種改變波長的散射稱為這種改變波長的散射稱為康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)。 我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：(1)波長的偏移波長的偏移 隨散射角隨散射角 而異而異;當(dāng)散射角增大時當(dāng)散射角增大時,波長的偏移也隨之增加波長的偏移也隨之增加,而且隨而且隨著散射角的增大著散射角的增大,原波長的譜線強(qiáng)度增大。原波長的譜線強(qiáng)度增大。0(2) 在同一散射角下，對于所有散射物質(zhì)在同一散射角下，對于所有散射物質(zhì), ,波長的偏波長的偏移移 都相同都相同, ,但原波長的譜線強(qiáng)度隨散射物質(zhì)的原子但原波長的譜線強(qiáng)度隨散射物質(zhì)的原子序數(shù)的增大而增加序數(shù)的增大而增加, ,新波長的譜線強(qiáng)度隨之減小。新波長的譜線強(qiáng)度隨之減小?？灯疹D效應(yīng)康普頓效應(yīng)康康普普頓頓散散射射與與角角度度的的關(guān)關(guān)系系(a)(b)(c)(d)相相對對強(qiáng)強(qiáng)度度. . . . . .0.7000.750波長().000450900135康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)2. 光子理論的解釋光子理論的解釋 根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。光的波動理論無法解釋康普頓效應(yīng)。光頻率。光的波動理論無法解釋康普頓效應(yīng)。2.1 光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋 光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和自由電子作光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和自由電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。以波長改變和散射角有關(guān)。若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子傳給電子, ,散射光子的能量減少，于是散射光的散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。波長大于入射光的波長。若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量與整個原子交換能量, ,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。變，波長不變。康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)的解釋2.2 康普頓效應(yīng)的定量分析康普頓效應(yīng)的定量分析由能量守恒由能量守恒: :由動量守恒由動量守恒: :2200mchcmhcos)(2)()()(02202chchchchmv nchvmXXeX0hh00nchememYYY康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)的解釋最后得到：最后得到：此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān), ,僅決定于散僅決定于散射角；波長改變隨散射角增大而增加。射角；波長改變隨散射角增大而增加。 2sin22sin22200ccmhm10432120.cmhc電子的電子的康普頓波長康普頓波長。計(jì)算的理論值與實(shí)驗(yàn)值符合得很好。計(jì)算的理論值與實(shí)驗(yàn)值符合得很好?？灯疹D效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)的解釋 X射線的散射現(xiàn)象，理論與實(shí)驗(yàn)的符合，不射線的散射現(xiàn)象，理論與實(shí)驗(yàn)的符合，不僅有力地證實(shí)了光子理論，而且也證實(shí)了能量守僅有力地證實(shí)了光子理論，而且也證實(shí)了能量守恒和動量守恒兩條定律，在微觀粒子相互作用的恒和動量守恒兩條定律，在微觀粒子相互作用的基本基本 過程過程 中，也同樣嚴(yán)格地遵守中，也同樣嚴(yán)格地遵守康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)的解釋例題例題18-5 波長為波長為 的的X射線與靜止的自由電子射線與靜止的自由電子 碰撞碰撞,現(xiàn)在從和入射方向成現(xiàn)在從和入射方向成 角的方向去觀察角的方向去觀察 散射輻射散射輻射.求求: (1) 散射散射X射線的波長射線的波長;(2)反沖電子的反沖電子的 能量能量;(3)反沖電子的動量。反沖電子的動量。nm02. 00 90 xyxyPe h/ 0h/ nmmsmkgsJcmh0024. 010024. 0sinsin10421031011. 91063. 622221831340 解解 (1)散射后散射后X射線波長的改變?yōu)樯渚€波長的改變?yōu)榭灯疹D效應(yīng)康普頓效應(yīng)所以散射所以散射X的波長為的波長為eVJmmmsmsJhchchc3161024. 2102104 . 21031063. 61066. 6107 .10111112183400 (2) 根據(jù)能量守恒根據(jù)能量守恒,反沖電子獲得的能量就是入射光子與反沖電子獲得的能量就是入射光子與 散射光子能量的差值散射光子能量的差值,所以所以nmnmnm0224. 002. 00024. 00 (3) 根據(jù)動量守恒根據(jù)動量守恒,有有 cos0ehp 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)753. 0cos2311340104 . 41021063. 6 smkgmsJphe smkgsJhpmmme 23211048. 41021024. 234211044. 4)(1063. 6)(444222222222202202 941 所以所以 sinehp 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)753. 0cos2311340104 . 41021063. 6 smkgmsJphe smkgsJhpmmme 23211048. 41021024. 234211044. 4)(1063. 6)(444222222222202202 941 所以所以 sinehp 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)