大学物理演示(量子)1(赵)分解.ppt

冷战的烙印还表现在夫兰克和G.赫兹的邮票上 他们都是犹太人；共同做 Frank-Hertz 实验并获1925年诺贝尔奖。但是东德只发行 G.赫兹的纪念邮票，西德只发行夫兰克的纪念邮票。为什么？ 例：以一定频率的单色光照射在某种金属上，光电流曲线在图中用实线表示，然后保持光的频率不变增大照射光的强度，测出其光电流曲线在图中用虚线表示。 例. 波长为?的单色光照射某金属M表面发生光电效应，发射 的光电子(电量绝对值为e，质量为m)经狭缝S后垂直进入磁 感应强度为 的均匀磁场(如图示)，今已测出电子在该磁场 中作圆运动的最大半径为R。求：(1)金属材料的逸出功； (2)遏止电势差。 e,m ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? M ? 解：（1） 由光电效应方程： （2） A.H.康普顿（Arthur.Holly.Computon,1892-1962年）。1892年9月10日出生在美国俄亥俄州伍斯特的一个哲学教授家庭中。兄弟三人，在父母的培养下，三兄弟都当过大学校长。1913年，他进入普里斯顿大学做研究生。选题为x射线。1923年5月，发表“x射线受轻元素散射的量子理论”。1927年，以“康普顿效应”获诺贝尔物理学奖。 23-3 康普顿散射 23-3 康普顿散射 1923年后，康普顿研究X射线的散射 一、实验装置 晶体 光阑 X 射线管 探 测 器 X 射线谱仪 石墨 (散射物质) q 散射波 X光： 钼的K?线 利用X射线谱仪测量不同散射角q上的散射波长 散射曲线的几个特点： 3.当散射角增大时，原波长的谱线强度降低，而新波长的谱线强度升高 二、实验结果 1.除原波长?外，出现了移向长波方向的新的散射波长 2.新波长 随散射角的增大而增大 在散射光线中出现波长大于入射光波长的成分的现象叫康普顿效应。 康普顿散射 轻元素 重元素 1926年，吴有训对不同物质的康普顿效应的进行了仔细研究 与散射物质无关， 仅与散射角有关 对实验结果的分析 1.经典波动理论不能解释 光作用 带电粒子作同频受迫振动 辐射同频光波(散射光),波长不变 2.定性分析(爱因斯坦光子理论解释康普顿散射) 假设单个光子与实物粒子一样，能与电子发生弹性碰撞。 1。在碰撞过程中，一个自由电子吸收一个入射光子的能量后，并向某一方向发射一个散射光子，电子受到反冲而获得一定的动量和能量，光子的能量为 ， 散射光子的频率比入射光子频率小。（即波长 ）。 2。如果光子与原子中束缚紧的电子碰撞，相当于光子与整个原子碰撞，因原子质量比光子大很多，按碰撞理论，散射光子的能量不会改变。可以观察到散射线中有与入射线波长相同的射线 光子动量 3、定量解释 假定：入射光由光子组成；光子和散射物中的电子发生碰撞 而被散射。 物理图象：一个入射X光子与一个原来静止的自由电子弹性 碰撞，满足能量、动量守恒。 简化：因光子能量 电子的束缚能?电子看作是自由电子； 因光子能量 电子热运动能量? 电子看作碰前静止 光子能量 利用余弦定理： 或 能量守恒： 动量守恒： (1) (3) (2) 能量、动量守恒 (1) (3) (4) (5) (4)–(5) 由(1) 由(3) 式中? c = h /m0 c = 0.0024 nm. ----- 康普顿波长 4、讨论 1).??只和 ? 有关， ?? ? ??? 同除 2).还有 ?0的散射光存在 由 很小而知。 (M0：原子静止质量) 在弹性碰撞中散射光子的能量(波长)几乎不变。 例：光电效应实验中是否也存在康普顿效应？ 康普顿效应 0.005nm 光电效应实验中光的波长（λ）100nm左右，远大于△λ， 康普顿效应不明显。 康普顿效应实验中X射线波长0.01~0.1nm, △λ与λ相差不大，现象明显。 康普顿散射实验的意义 ·有力支持了爱因斯坦的“光子”概念， ·证实了在微观的单个碰撞事件中，动量守恒、能量守恒定律仍然成立 例: X 射线光子能量为 0.60 MeV, 散射后波长变化了20%, 求: 反冲电子动能。 解：能量守恒 反冲电子动能为: 为什么康普顿效应中的电子不能像光电效应那样吸收光子而是散射光子 证明一个自由电子不可能吸收光子，只能散射光子。 提示：用反证法，并利用能量、动量守恒。 电子对的产生与湮没； 1930年狄