量子2008级03康普顿效应hipeak.pptVIP

* 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 康普顿效应 * 1923年用X射线通过石墨的散射实验进一步证明光的粒子性。光子与电子碰撞服从能量及动量守恒定律。 1905年提出光量子（光子）理论，成功解释光电效应。 爱因斯坦与康普顿 实验模拟 在散射X 射线中除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线 . 二 实验结果 2. 波长偏移量 随散射角 的增大而增加，与散射物质无关。 1. 散射线中除有波长与入射线 相同的成分外，还有波长 的成分。 3. 各种散射物质对同一散射角 ，波长偏移量 相等。当散射物的原子序数增加时，散射线中的 谱线强度增强， 谱线的强度减弱。 三 经典理论的困难 根据经典电磁波理论，在光场中作受迫振动的带电粒子，辐射的散射光的频率应等于入射光的频率。且因电磁波是横波，在θ = 90°的方向应无散射。 经典理论无法解释波长变化 ！！！ 四 量子解释 1、定性分析 1) 频率为?的X射线可看成由能量为?=h?的光子组成. 此过程是光子与电子发生相互作用，两粒子的碰撞是完全弹性碰撞，即满足动量守恒和能量守恒。 2) 当光子与外层电子相互作用时，一个电子吸收一个入射光子，发射一个能量略小的散射光子。（ 因为电子被反冲而获得一定的动量和能量） 3) 当光子与紧束缚的内层电子相互作用时，散射光子的能量不变。（ 因电子质量远小于原子质量） 对于原子量小的物质，因其外层电子（看成自由电子）的相对比例高，故其康普顿效应显著。 4) 因为是光子和电子的相互作用，所以 Δλ 与散射物质无关，而与散射角有关。 光子 电子 电子反冲速度很大，需用相对论力学来处理. 2 定量计算 入射光子（ X 射线或 射线）能量大 . 固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子. 电子 光子 电子热运动能量 ，可近似为静止电子. 范围为： 动量和能量守恒 能量守恒 动量守恒 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 康普顿公式 （3）结论 （4）讨论 （5）物理意义 若 则 ,可见光观察不到康普顿效应. 光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性 . 微观粒子也遵守能量守恒和动量守恒定律. 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金属中的紧束缚 电子（原子核）的作用. 康普顿公式 3.注意几点 ①.散射波长改变量 ?? 的数量级为 10-12m，对于可见光波长 ?~10-7m，???，所以观察不到康普顿效应。 ②.散射光中有与入射光相同的波长的射线，是由于光子与原子碰撞，原子质量很大，光子碰撞后，能量不变，散射光频率不变。 X-ray ④.光具有波粒二象性，在传播过程中，表现为波动性，光与物质相互作用时表现为粒子性。 ③.当? =0 时，光子频率保持不变； ? =? 时，光子频率减小最多。 X-ray 1927诺贝尔物理学奖 A.H.康普顿 发现了X射线通过物质散射时，波长发生变化的现象 1927年吴有训（中国）