《康普顿效应》PPT课件.ppt

* §16. 3 康普顿效应 光子与物质相互作用，可能发生不同的效应： 一. 什么是康普顿效应： 入射光为可见光，光子能量较低，主要发生光电效应； 高能光子和原子核相互作用，主要产生正负电子对。 入射光为x射线，光子具有中等能量，主要发生康普顿效应； x射线（l1nm）的散射实验： ? θ ?0 λ 0 ? ? 探测器 ?0 X 光管 光阑 散射物体 x射线经物质散射后，波长变长的现象称为康普顿效应 实验规律： 随散射角? 的增大而增大。 1. 与散射物及l0无关 对原子量小的轻元素，波长变长的散射光相对强度 强 对原子量大的重元素，波长变长的散射光相对强度 弱 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。 电子受迫振动 同频率散射线 发射 单色电磁波 θ 说明 受迫振动v0 照射 散射物体 经典理论：谐振子受迫振动，发射电磁波 （l不变,瑞利散射P332），无法解释康效应。 二. 用光子理论解释 x 射线是以c运动的光子流，每个光子 x 射线是与散射物的相互作用可看成是一个光子和散射物 中一个自由电子（或外层束缚较弱的电子）的弹性碰撞过程 ——能量守恒、动量守恒 一个光子和一个电子相互作用，电子吸收一个光子，发射 出一个能量较小的光子，该光子和电子向不同方向运动。 θ 外层 电子 受原子核束缚较弱 动能＜＜光子能量 近似自由 近似静止 静止 自由 电子 2. 和什么因素有关？ 碰前 碰后 完全弹性碰撞： 能量守恒 动量守恒 质速关系 四个方程， 四个未知数 求得： （1） 仅与 有关，与散射物及l0无关 （2） 散射光中也有 的成份（P334） 因为内层电子被束缚较强，故光子和内层电子的碰撞相当于和整个原子碰撞（弹性），碰后原子几乎不动，光子被散射后波长也几乎不变。 光子 内层电子 外层电子 波长变大的散射线 波长不变的散射线 （3） 轻元素原子对大多数电子的束缚弱，波长变长的散射光 相对较强 重元素原子对大多数电子的束缚强，波长变长的散射光 相对较弱 吴有训实验结果 （4） 电子何时获得最大能量（动能）？ 当用可见光入射时：光子能量最大的是紫光 （5） 用可见光入射时，为何看不到康效应 三. 光电效应与康普顿效应的区别 相同点：都是电磁波与物质的相互作用过程 不同点： 1. 入射光子能量不同 可见光 x 射线 2. 相互作用过程不同 电子吸收一个光子的 能量而脱离金属的束 缚，逸出金属表面。 光子和电子发生碰撞 使光子失去部分能量 飞行方向偏转。 能量守恒 能量、动量守恒 作业 三 P34 一. 3. 在康普顿散射中，如果设反冲电子的速度为光速的60％，则因散射使电子获得的能量是其静止能量的_____倍 二. 1. 用l0=0.1nm的光子作康普顿散射实验 （1）散射角j =90°时的康普顿散射波长等于多少？ （2）分配给反冲电子的动能等于多少？ （1）j =90°时： （2）分配给反冲电子的动能： 二. 2. 一光子与自由电子碰撞，电子可能获得的最大能量为60keV，求入射光子的波长和能量。 当j =p 时： 最大，此时Ek最大 二. 3. 已知 x 光光子能量为0.6MeV，在康普顿散射后波长改变了20 ％，求反冲电子获得的能量和动量的大小。 反冲电子获得的能量： 已知 由上式解出： 光子能量： 二. 4. 如图所示，一束能量为hn0的光子流与静止质量为m0 的静止自由电子作弹性碰撞，若散射光子的能量为hn，试从能量守恒定律出发，证明散射角j 满足下式： *