相對(duì)論量子力學(xué)26物理

§15-3

康普頓效應(yīng)ComptonEffect康普頓A.H.Compton(1892---1962)美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，芝加哥大學(xué)教授。因發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)而獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)§15-3

康普頓效應(yīng)ComptonEffect探測(cè)器一、康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及其規(guī)律1、實(shí)驗(yàn)裝置1923年,測(cè)量了X射線沿各方向的散射波,發(fā)現(xiàn)在散射光線中除了有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有波長(zhǎng)大于入射線波長(zhǎng)的射線，這種改變波長(zhǎng)的散射現(xiàn)象——康普頓效應(yīng)

ComptonEffect光闌石墨晶體KA-X射線源rl

l

l

0波長(zhǎng)偏移量檢測(cè)系統(tǒng)晶體l

0l

4q5rlq153l

0l

rlq09l

0l

rlq散射角l

0q0

射線源Xl

0散射體qlr隨的增大而增大，與物質(zhì)種類無關(guān)。rl

~

q153q153q153不同散射物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)對(duì)同一散射角ql

0l

rll

0l

rll

0l

rlZ16Z26X射線X射線X射線Z6原子序數(shù)原子序數(shù)l0l0l0原子序數(shù)碳C碳硫硫S鐵鐵FeFell0譜線的強(qiáng)度增強(qiáng)；譜線的強(qiáng)度減弱。lr各種散射物質(zhì)對(duì)同一散射角，波長(zhǎng)偏離量相等。q若散射物質(zhì)的原子序數(shù)增加，散射線中說明什么？2、康普頓散射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1)在散射光線中有與入射光波長(zhǎng)相同的射線也有波長(zhǎng)大于入射光的射線;4)在原子量較小的物質(zhì)中，康普頓散射較強(qiáng)。對(duì)原子量較大的物質(zhì)，康普頓散射較弱;2)波長(zhǎng)的偏移量隨散射角

的增加而增加;3)在同一散射角

下，所有散射物質(zhì)波長(zhǎng)的偏移量都是相同的。吳有訓(xùn)

吳有訓(xùn)（三十年代）（1897-1977）吳有訓(xùn)

吳有訓(xùn)(1897-1977)，江西高安人，1920年畢業(yè)于南京高等師范，1921年赴美國(guó)芝加哥大學(xué)隨康普頓教授從事物理學(xué)研究，1926年獲博士學(xué)位。吳有訓(xùn)通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，驗(yàn)證了某些X射線經(jīng)散射后波長(zhǎng)的變化。1924年他與康普頓合作發(fā)表了《經(jīng)過輕元素散射的鋁(Ka)射線的波長(zhǎng)》，因此，物理學(xué)界把某些X射線經(jīng)散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為康普頓-吳有訓(xùn)效應(yīng)。在普朗克、玻爾等人開創(chuàng)的現(xiàn)代物理學(xué)中，吳有訓(xùn)作出了杰出貢獻(xiàn)。吳有訓(xùn)回國(guó)后，1928年任清華大學(xué)物理系主任、理學(xué)院院長(zhǎng)。吳有訓(xùn)1948年任上海交大教授，1949年任交大校務(wù)委員會(huì)主任。1950年，吳有訓(xùn)任中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)。經(jīng)典物理的解釋經(jīng)典理論只能說明波長(zhǎng)不變的散射，而不能說明康普頓散射θ電子受迫振動(dòng)同頻率散射線發(fā)射

單色電磁波照射散射物體二、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析1、康普頓散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光的波動(dòng)說相矛盾受迫振動(dòng)

v02、光子理論解釋(2)光子與實(shí)物粒子一樣，能與電子等粒子作彈性碰撞。(1)X射線由的光子組成；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自由電子0(2)光子與實(shí)物粒子一樣，能與電子等粒子作彈性碰撞。(1)X射線由的光子組成；自由電子02)X射線光子和原子內(nèi)層電子相互作用光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，碰撞時(shí)光子不會(huì)明顯損失能量，波長(zhǎng)不變。內(nèi)層電子被束縛很緊，光子相當(dāng)于和整個(gè)原子發(fā)生碰撞。00原子2、光子理論解釋(2)光子與實(shí)物粒子一樣，能與電子等粒子作彈性碰撞。(1)X射線由的光子組成；自由電子000原子X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

波長(zhǎng)變化

結(jié)論2、光子理論解釋三、康普頓效應(yīng)的理論解釋X射線光子與電子的碰撞(1)碰撞前*電子*光子能量動(dòng)量(2)碰撞后*光子能量動(dòng)量能量動(dòng)量*電子能量動(dòng)量e碰撞過程中能量守恒消去

與V

可得,散射使波長(zhǎng)的偏移量為:康普頓波長(zhǎng):碰撞過程中動(dòng)量守恒e四、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義1、有力地支持了“光子假說”的正確性；

狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)的正確性；

也證實(shí)了普朗克假設(shè)

=h

的正確；2、首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；3、證實(shí)了在微觀的單個(gè)碰撞事件中，

動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律仍然是成立的。

康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的