康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義支持了

康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義支持了第1頁(yè)/共20頁(yè)θ0λ0散射線中有兩種波長(zhǎng)0

、

，θ的增大而增大。隨散射角探測(cè)器0一.實(shí)驗(yàn)規(guī)律X光管光闌散射物體第2頁(yè)/共20頁(yè)=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長(zhǎng).......散射曲線的三個(gè)特點(diǎn)：

1.除原波長(zhǎng)0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方面的新的散射波長(zhǎng)

2.新波長(zhǎng)

隨散射角的增大而增大3.當(dāng)散射角增大時(shí)原波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度降低而新波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度升高第3頁(yè)/共20頁(yè)二.經(jīng)典物理的解釋經(jīng)典理論只能說(shuō)明波長(zhǎng)不變的散射，而不能說(shuō)明康普頓散射。電子受迫振動(dòng)同頻率散射線發(fā)射

單色電磁波θ說(shuō)明受迫振動(dòng)v0照射散射物體第4頁(yè)/共20頁(yè)三.光子理論解釋能量、動(dòng)量守恒1.入射光子與外層電子彈性碰撞外層電子受原子核束縛較弱動(dòng)能＜＜光子能量近似自由近似靜止靜止自由電子θ第5頁(yè)/共20頁(yè)2.X射線光子和原子內(nèi)層電子相互作用光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子，碰撞時(shí)光子不損失能量，波長(zhǎng)不變。原子自由電子000內(nèi)層電子被緊束縛，光子相當(dāng)于和整個(gè)原子發(fā)生碰撞。所以，波長(zhǎng)改變量康普頓波長(zhǎng)光子內(nèi)層電子外層電子波長(zhǎng)變大的散射線波長(zhǎng)不變的散射線(1)說(shuō)明第6頁(yè)/共20頁(yè)

1925—1926年吳有訓(xùn)用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)(2)、吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)在同一散射角()測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度做了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)第7頁(yè)/共20頁(yè)

波長(zhǎng)0

輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài)）弱強(qiáng)重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強(qiáng)束縛狀態(tài)）強(qiáng)弱吳有訓(xùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果第8頁(yè)/共20頁(yè)證實(shí)了康普頓效應(yīng)的普遍性證實(shí)了兩種散射線的產(chǎn)生機(jī)制

－外層電子(自由電子)散射

0－內(nèi)層電子(整個(gè)原子)散射在康普頓的一本著作“X-Raysintheoryandexperiment”(1935)中19處引用了吳的工作兩圖并列作為康普頓效應(yīng)的證據(jù)

吳有訓(xùn)

(1897—1977)意義:0第9頁(yè)/共20頁(yè)3.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義支持了“光量子”概念進(jìn)一步證實(shí)了首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了愛(ài)因斯坦提出的“光量子具有動(dòng)量”的假設(shè)證實(shí)了在微觀的單個(gè)碰撞事件中,動(dòng)量和能量守恒定律仍然成立康普頓獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)P=E/c=h/c=h/=h第10頁(yè)/共20頁(yè)

康普頓（A.

H.Compton)美國(guó)人(1892-1962）康普頓在做康普頓散射實(shí)驗(yàn)第11頁(yè)/共20頁(yè)四、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的區(qū)別相同點(diǎn)：都是電磁波和物質(zhì)的相互作用過(guò)程。不同點(diǎn)：1、入射光子能量不同光電效應(yīng)中入射光為可見(jiàn)光康普頓效應(yīng)中入射光為x射線２、相互作用過(guò)程不同光電效應(yīng)——光子與束縛電子的作用，光子的hv全部被金屬中的束縛電子吸收，使e成為一個(gè)自由電子逸出金屬表面。第12頁(yè)/共20頁(yè)康普頓效應(yīng)——相當(dāng)于光子與自由電子作用，自由電子只部分吸收光子能量，使光子失去一部分能量，飛行方向偏轉(zhuǎn)。3、光電效應(yīng)——e吸收光子的全部能量而脫出金屬表面，能量守恒康普頓效應(yīng)——e和光子彈性碰撞，能量守恒，動(dòng)量守恒4、兩種效應(yīng)發(fā)生的幾率由入射光子的能量和原子的質(zhì)量決定如選100kev的光子和鉛(重金屬)碰撞，它主要發(fā)生光電效應(yīng)選200kev的光子和鋁(輕金屬)碰撞，它主要發(fā)生康普頓效應(yīng)一般來(lái)說(shuō)，發(fā)生光電效應(yīng)的幾率隨光子的的增大而減小第13頁(yè)/共20頁(yè)例1用波長(zhǎng)0=1埃的光子作康普頓實(shí)驗(yàn)。求(1)、散射角＝900的康普頓散射波長(zhǎng)是多少？(2)、分配給這個(gè)反沖電子的動(dòng)能多大？解：(1)、康普頓散射光子波長(zhǎng)：(2)、根據(jù)能量守恒第14頁(yè)/共20頁(yè)例2用強(qiáng)度為I，波長(zhǎng)為的X射線(倫琴射線)分別照射鋰(Z=3)和鐵(Z=26)，若在同一散射角下測(cè)得康普頓散射的X射線波長(zhǎng)分別為li和Fe(li，F(xiàn)e>)，它們對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度分別為Ili和IFe，則()實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)輕元素，波長(zhǎng)變大的散射線相對(duì)較強(qiáng)，與0及散射物質(zhì)無(wú)關(guān)，只隨增大而增大，所以選(C)例3證明康普頓散射實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)為0的一個(gè)光子與質(zhì)量為m0的靜止電子碰撞后，電子的反沖角與光子散射角之間的關(guān)系為：證明：將動(dòng)量守恒式寫(xiě)成分量形式及康普頓效應(yīng)結(jié)論：第15頁(yè)/共20頁(yè)由(1)、(2)得上式分子分母為將(3)式代入：第16頁(yè)/共20頁(yè)例

λ0=0.02nm的X射線與靜止的自由電子碰撞,若從與入射線成900的方向觀察散射線，求散射線的波長(zhǎng)λ

。解能量守恒，反沖電子動(dòng)能等于光子能量之差動(dòng)量守恒根據(jù)動(dòng)能、動(dòng)量關(guān)系，波長(zhǎng)為第17頁(yè)/共20頁(yè)例4如圖示，一束能量為hv0得光子流與靜止質(zhì)量為me的靜止自由電子作彈性碰撞，若散射的光子能量為hv，試證明散射角滿足下式：證明：分別代表碰撞前后光子運(yùn)動(dòng)的單位矢量，設(shè)碰撞后電子沿角方向飛出，它的動(dòng)量、能量分