2020年江苏南师附中高中物理竞赛辅导课件18量子物理基础(D康普顿效应)(共15张PPT)

辐射同频光波(散射光) 波长不变
光子理论： 光子与自由或束缚较弱电子的碰撞
光子的一部分能量传给电子，则散射光
子能量小于入射光子
即 hh0 或 0
与束缚很紧的电子碰撞：
电子与整个原子作弹性碰撞，而原 子质量比光子大的多，所以光子不 会显著失去能量，即有=0或=0
轻原子中电子束缚较弱，重原子中 电子束缚较紧，所以原子量小的物 质，康普顿效应较强，反之则相反
2020年
高中物理学奥林匹克竞赛
考前辅导
2020 江苏南京
1
§18-3 康普顿效应
一.康普顿实验 1923年美国物理学家康普顿研究x
射线通过物质时的散射现象发现：散
射线中除了有与入射波长0相同的射 线外，还有>0的射线
----康普顿效应
康普顿1927年获诺贝尔物理学奖
实验装置
康普顿 效应
光阑
பைடு நூலகம்
入 射
mm2c024 c(14m 0 cvc 222 )(0 m 2 02h ) c 40 m h 2 ch 20 2 (0 ( 0 1 (1c )co o ))ss
m 0 c2 (0 ) h 0 (1 c o )
两边同除以 m0c0
0mh0c(1co)s
2h sin2
m0c 2
或
02c
光子能量改变量(光子损失的能量)
(h)h( 0)h(cc0)
hc hc
0
0(0)
hc h (1cos)
m0c
02
0
h (1cos)
m0c
hch (1cos)
由 0
c
0
有
(h) m0c
020
h (1cos)
m0c
(h)m 0 (c h 2 0)h 2(1 0 (1c co o )s)s
----入射光子能量(h0)越高，
sin2
2
其中
c
h
----仅与 相关 2.4 3 10 12 m
m0c----电子的康普顿波长
[例4]单色 x 射线被电子散射而改变 波长。问(1)波长的改变量与原波长 有没有关系？(2)光子能量的改变值 与光子原来能量有没有关系？
解： 2hsi2n
m0c 2
----与原波长无关
康普顿散射的一个重要特点
三.理论推导
光子与静止自由电子
碰撞：
能量 动量
前
光子： h 0
电子： m0c2
h
c
0
n0
0
后 光子： h h n
电子： mc2 mcv
y
h 0 e
m0c2 x
y h
mc2 x
e
动量守恒 x方向
y方向
h0hco smcvo s
0chscinmsvin
消去
c
m 2 v 2 c 2 h 22 h 20 2 2 h 2 0co (1) s
能量守恒
y h
h0m 0c2hm2c
h
0e
m0c2
e
mc2
x
m 2 v 2 c 2 h 22 h 20 2 2 h 2 0co
m 2 c h (0) m 0 c2
平方 m 2 c 4 h 20 2 h 22 2 h 20
(2)-(1) m 0 2 c4 2 h0 c m 2(0)(2)
探测器
光
散射光
x射 线管
石墨
0
0
450
900
1350
实验结果：
=-0随散射角增大而
增大, 与0及散射物质无关
增大，原波长谱线强度
下降，新波长谱线强度增大
对轻元素，新波长的谱线 强度较强；对重元素，新波 长的谱线强度较弱
0
0
450
900
1350
二.光子理论的解释 经典波动理论：
光作用 带电粒子作同频受迫振动
散射损失的能量越高
(h)也是电子获得的反冲动能
量子物理B
THE END 祝大家竞赛顺利、学业有成
谢谢观看！