2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：康普頓效應(yīng)

康普頓效應(yīng)

康普頓研究了X射線經(jīng)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了愛因斯坦的光子概念。X光管光闌散射物質(zhì)康普頓實(shí)驗(yàn)裝置示意圖X光檢測器晶體一、康普頓效應(yīng)(2)在同一散射角下，對(duì)于所有散射物質(zhì),波長的偏移都相同,但原波長的譜線強(qiáng)度隨散射物質(zhì)的原子序數(shù)的增大而增加,新波長的譜線強(qiáng)度隨之減小。

康普頓發(fā)現(xiàn)，在散射光中除了有與入射光波長λ0

相同的射線之外，同時(shí)還出現(xiàn)一種波長λ大于λ0

的射線。這種改變波長的散射稱為康普頓效應(yīng)。

我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：(1)波長的偏移

隨散射角

而異;當(dāng)散射角增大時(shí),波長的偏移也隨之增加,而且隨著散射角的增大,原波長的譜線強(qiáng)度增大。(a)(b)(c)(d)相對(duì)強(qiáng)度........................................................................................0.7000.750波長(?)....康普頓散射與角度的關(guān)系

根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。光的波動(dòng)理論無法解釋康普頓效應(yīng)。二、光子理論的解釋光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋

光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和自由電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：二、光子理論的解釋

若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。

因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。

若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。康普頓效應(yīng)的定量分析θXXeφXφθ由能量守恒：由動(dòng)量守恒：最后得到：電子的康普頓波長。此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅決定于散射角；波長改變隨散射角增大而增加。計(jì)算的理論值與實(shí)驗(yàn)值符合得很好。

X射線的散射現(xiàn)象，理論與實(shí)驗(yàn)的符合，不僅有力地證實(shí)了光子理論，而且也證實(shí)了能量守恒和動(dòng)量守恒兩條定律，在微觀粒子相互作用的基本過程中，也同樣嚴(yán)格地遵守。

解：(1)散射后X射線波長的改變?yōu)閤yxyPe

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例題13-5

波長為的X射線與靜止的自由電子碰撞,現(xiàn)在從和入射方向成角的方向去觀察散射輻射.求:(1)散射X射線的波長;(2)反沖電子的能量;(3)反沖電子的動(dòng)量。00.02nml