康普顿效应康普顿效应教育课件
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康普顿效应
)
= 4.பைடு நூலகம்4 ×1023 kg m s
cosθ =
h λ0 pe
=
6.63×1034 Js 2×1011m×4.4×1023 kgm s
= 0.753
θ ≈ 41 9′
康普顿效应
λ
h
= pe sinθ
所以
λ2 +λ2 1 2 pe = h( λ2λ20 ) 0
= 6.63 ×10
34
J s ×(
y h/λ0 x y h/λ
θ
x Pe
散射后X射线波长的改变为 解 (1)散射后 射线波长的改变为 散射后
λ =
2h m0c
sin
2 2
=
2×6.63×1034 Js 9.11×1031kg×3×108 ms1
sin2 π 4
= 0.024 ×1010 m = 0.0024nm
康普顿效应
所以散射X的波长为 所以散射 的波长为
= 10.7 ×10 J = 6.66 ×10 eV
(3) 根据动量守恒 有 根据动量守恒,有
λ0
h
= pe cosθ
康普顿效应
λ
h
= pe sinθ
所以
λ2 +λ2 1 2 pe = h( λ2λ20 ) 0
= 6.63 ×10
34
J s ×(
2.242×1022 m2 +22×1022 m2 1 2 4.482×1044 m4
λ = λ + λ0 = 0.0024nm + 0.02nm = 0.0224nm
(2) 根据能量守恒 反冲电子获得的能量就是入射光子与 根据能量守恒,反冲电子获得的能量就是入射光子与 散射光子能量的差值,所以 散射光子能量的差值 所以
《康普顿效应》课件
实验中的注意事项与误差控制
01
注意事项
02
1. 确保X射线源的强度适中，避免对实验装置造成过 大的负荷。
03
2. 确保散射物质的纯度和厚度，以减小误差。
实验中的注意事项与误差控制
• 保持实验环境的温度和湿度恒定，以减小误差。
实验中的注意事项与误差控制
01
误差控制
02
03
04
1. 使用高精度的测量设备， 如单色仪和光谱仪，以提高测
通过研究不同材料对康普顿效应的影响，可以为材料科学 中的光子控制、光子与物质相互作用等领域提供新的思路 和方法。
要点二
与生物医学的交叉研究
康普顿效应在生物医学领域具有潜在的应用价值，如光子 医学、光子成像等，通过跨学科合作可以推动这些领域的 发展。
THANKS
感谢您的观看
量精度。
2. 对实验数据进行多次测量 和平均，以减小误差。
3. 对实验数据进行合理的统 计和分析，以得出正确的结论
。
04
康普顿效应的应用 领域
天文学观测
观测遥远天体
康普顿效应可用于观测遥远的天体，通过分析星光与大气分子的相互作用，了 解天体的性质和结构。
探测暗物质
通过观测宇宙射线与大气分子的相互作用，利用康普顿效应可以间接探测暗物 质的存在。
光子与电子的相互作用过程中，光子的能量传递给电子，导 致光子的能量降低，同时电子获得能量并可能从原子中逸出 。
康普顿散射的过程与结果
康普顿散射是指当高能光子（如X射线或伽马射 线）与物质中的电子相互作用时，光子能量降 低并改变运动方向的现象。
在康普顿散射过程中，光子的能量降低，运动 方向发生改变，同时产生一个或多个低能光子 。这一过程可以用量子力学来描述。
2.3、4康普顿效应及其解释光的波粒二象性课件(粤教版)
解析 光子有能量也有动量，光子是光的能量的最小单位， 与其他粒子作用时，它的部分能量会转移给其他粒子而引 起波长发生变化． 答案 CD
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
对光的波粒二象性的理解
2．(双选)关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是 ( )．
A．光子和电子一样都是实物粒子 B．光子和电子都能发生衍射现象 C．光子和电子都具有波粒二象性 D．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性
课堂对点演练
康普顿效应
【典例1】 白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光
散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而
荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和
一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，
光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子
相比
( )．
A．频率变大
一、康普顿效应 实验结果 1918年～1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射 线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相 同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把 这种波长变化的现象叫做康普顿效应．
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
光子说对康普顿效应的解释 假定X射线光子与电子发生空气弹性碰撞，这种碰撞跟台 球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一 个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图2 －3、4－2所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰， 光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因 此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的 动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．
(2)少量或个别光子容
光电效应康普顿效应PPT课件
阳极，光电流就为0，满足：
im2 i im1
Ua o
I2 I1
I2 I1
U
Ek max
1 2
m max 2
e |Ua |
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
6
第6页，共32页。
实验表明：
| Ua | k U0 ,
Ua Cs K Cu
式中 K 和U0 都是正数，K 是一个
o
普适恒量，不随金属的种类而变；
h m0c
(1
cos )
C (1
cos
)
（3）结论
散射光波长的改变量 仅与 有关
与 的关系与物质无关，是光子与自由电子
间的相互作用。
0, 0
y h nˆ c
π, ( )max 2C
h 0
c
nˆ 0
nˆ
x
散射光子能量减小
0 , 0
nˆ 0
mv
29
第29页，共32页。
康普顿效应
3
第3页，共32页。
2、光电效应的实验规律
光线经石英窗照在 光电管的阴极Ｋ上，就 有电子从阴极表面逸 出——光电子。
光电子在电场的作 用下向阳极Ａ运动，形
成光电流。
W 石英窗
阳A
极
K阴
极
A V
4
第4页，共32页。
光电效应的实验规律：
１）光电流与入射光强的关系 饱和光电流强度与入射光强
度成正比。
I饱和 Ne
截止电压与入射光强无 关，而与入射光频率具有线 性关系。
e
|Ua
|
1 2
m
2 max
1 2
m
2 max
im2 i im1
Ua o
I2 I1
I2 I1
U
Ek max
1 2
m max 2
e |Ua |
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
6
第6页，共32页。
实验表明：
| Ua | k U0 ,
Ua Cs K Cu
式中 K 和U0 都是正数，K 是一个
o
普适恒量，不随金属的种类而变；
h m0c
(1
cos )
C (1
cos
)
（3）结论
散射光波长的改变量 仅与 有关
与 的关系与物质无关，是光子与自由电子
间的相互作用。
0, 0
y h nˆ c
π, ( )max 2C
h 0
c
nˆ 0
nˆ
x
散射光子能量减小
0 , 0
nˆ 0
mv
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第29页，共32页。
康普顿效应
3
第3页，共32页。
2、光电效应的实验规律
光线经石英窗照在 光电管的阴极Ｋ上，就 有电子从阴极表面逸 出——光电子。
光电子在电场的作 用下向阳极Ａ运动，形
成光电流。
W 石英窗
阳A
极
K阴
极
A V
4
第4页，共32页。
光电效应的实验规律：
１）光电流与入射光强的关系 饱和光电流强度与入射光强
度成正比。
I饱和 Ne
截止电压与入射光强无 关，而与入射光频率具有线 性关系。
e
|Ua
|
1 2
m
2 max
1 2
m
2 max
康普顿效应 课件 (共14张PPT)
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体
(散射物质)
X 射线谱仪
5
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质种 类及入射的X射线的波长0 无关，
6
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质种 类及入射的X射线的波长0 无关，
0
c
(1 cos
j)
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长
吴有训 （1897-1977）
12
E mc2
E h
h
m c2
P mc
h
h h
c2
c
c
13
E h
P h
动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的
14
效应。
8
根据电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带 电粒子将作受迫振动，过物质时，物质中带电粒 子将作受迫振动，射光频率应等于入射光频率。
无法解释波长改变和散射角的关系。
9
康普顿效应是光子和电子弹性碰撞的结果 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能
量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由
11
吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm)
为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
在同一散射角( j 120)0测量
各种波长的散射光强度，作 了大量 X 射线散射实验。 对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几 乎不变，波长不变。 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有 关。
【2024版】康普顿效应ppt课件
Ek
6.63 1034 3.00 108 2.43 1012 2.00 1010 (2.00 1010 2.43 1012 )J
1.19 1017J
入射X光子的能量为
h 0
hc 0
6.63 1034 3.00 108 2.00 1010
J
9.95 1016J
6
(pton , 1892—1962)
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7
1
2. 光子与自由电子的碰撞
根据相对论，得
m
m0
1 u2 / c2
h
c
h 0
c
e
θ
x
e
碰撞过程中能量是守恒的，即
mu
h 0 m0c2 h mc 2 或 mc 2 h( 0 ) m0c2
由于碰撞过程动量守恒，得
(mu)2 ( h 0 )2 ( h )2 2( h 0 )( h )cos
解: (1) 波长的改变量为
Δ h (1 cos) 2.431012(1 cos 90 )m
m0c = 2.4310- 12m.
5
(2) 反冲电子所获得的动能Ek等于X光子损失的能量
所以 Ek mc 2 m0c2 h 0 h
hc hc
hcΔ
0 0 Δ 0 (0 Δ)
代入数据，得
= 2.426310581012 m。
(2) 在散射角相同的情况下，所有散射物质，波长的改变
量都相同。
3
三、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波的特性，而在与物质相 互作用过程中表现出粒子的特性。这就是说，光具 有波和粒子两方面的特性，称为光的波粒二象性。
波粒二象性的统计解释： 光是由具有一定能量、动量和质量的微观粒子组 成的，在它们运动的过程中，在空间某处发现它们 的概率却遵从波动的规律。
康普顿效应ppt课件
米氏散射
当光线通过大气中的气溶胶时，会发生米氏散射。米氏散射的散射强度与波长 的二次方成反比。
相关诺贝尔奖得主介绍
康普顿
康普顿因发现康普顿效应而获得 1927年诺贝尔物理学奖。
德布罗意
德布罗意提出物质波理论，认为所 有微观粒子都具有波粒二象性，并 因此获得1929年诺贝尔物理学奖 。
戴维森和汤姆逊
光学仪器设计
在光学仪器设计中，利用康普顿效应可以更好地控制和调 整光的传播路径和聚焦，提高仪器的准确性和稳定性。
医学成像与诊断
康普顿效应在医学成像与诊断中发挥了重要作用，如X射 线和CT成像技术，通过探测光子与物质相互作用产生的散 射和能量变化来获取人体内部结构信息。
对未来科技发展的启示
1 2 3
偏转角的大小取决于入射光子的能量、物质的性质以及碰撞过程中的散射角。
通过测量偏转角，可以研究物质的结构和性质，以及光子与物质的相互作用机制。
03
康普顿效应的实验验证
实验设备与材料
康普顿散射实验装置 光电倍增管
X射线源 测量仪器
实验步骤与操作
将X射线源放置在实验装置的一端 ，将光电倍增管放置在另一端， 用于检测散射后的X射线。
康普顿散射的过程
入射光子与物质原子或分子的电子发 生碰撞，传递能量和动量给电子。
散射光子的能量低于入射光子的能量 ，这是由于部分能量传递给电子。
电子获得能量后，跃迁到更高能级， 并释放出一个与入射光子方向不同的 散射光子。
康普顿效应的定量描述
康普顿散射的偏转角是一个重要的物理量，它描述了散射光子与入射光子之间的夹 角。
康普顿效应PPT课件
contents
目录
• 康普顿效应概述 • 康普顿效应的物理原理 • 康普顿效应的实验验证 • 康普顿效应的意义与影响 • 康普顿效应的扩展知识
当光线通过大气中的气溶胶时，会发生米氏散射。米氏散射的散射强度与波长 的二次方成反比。
相关诺贝尔奖得主介绍
康普顿
康普顿因发现康普顿效应而获得 1927年诺贝尔物理学奖。
德布罗意
德布罗意提出物质波理论，认为所 有微观粒子都具有波粒二象性，并 因此获得1929年诺贝尔物理学奖 。
戴维森和汤姆逊
光学仪器设计
在光学仪器设计中，利用康普顿效应可以更好地控制和调 整光的传播路径和聚焦，提高仪器的准确性和稳定性。
医学成像与诊断
康普顿效应在医学成像与诊断中发挥了重要作用，如X射 线和CT成像技术，通过探测光子与物质相互作用产生的散 射和能量变化来获取人体内部结构信息。
对未来科技发展的启示
1 2 3
偏转角的大小取决于入射光子的能量、物质的性质以及碰撞过程中的散射角。
通过测量偏转角，可以研究物质的结构和性质，以及光子与物质的相互作用机制。
03
康普顿效应的实验验证
实验设备与材料
康普顿散射实验装置 光电倍增管
X射线源 测量仪器
实验步骤与操作
将X射线源放置在实验装置的一端 ，将光电倍增管放置在另一端， 用于检测散射后的X射线。
康普顿散射的过程
入射光子与物质原子或分子的电子发 生碰撞，传递能量和动量给电子。
散射光子的能量低于入射光子的能量 ，这是由于部分能量传递给电子。
电子获得能量后，跃迁到更高能级， 并释放出一个与入射光子方向不同的 散射光子。
康普顿效应的定量描述
康普顿散射的偏转角是一个重要的物理量，它描述了散射光子与入射光子之间的夹 角。
康普顿效应PPT课件
contents
目录
• 康普顿效应概述 • 康普顿效应的物理原理 • 康普顿效应的实验验证 • 康普顿效应的意义与影响 • 康普顿效应的扩展知识
康普顿效应康普顿效应44页PPT
康普顿效应康普顿效应
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
康普顿效应康普顿效应PPT课件
第11页/共43页
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
阳极
V
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
第25页/共43页
光阑
B1 B2
晶体
A φ
X射线谱仪
C
石墨体（散射物）
G
X 射线管 调节A对R的方位，可使不同方向
R
的散射线进入光谱仪。
康普顿实验装置示意图
第26页/共43页
康普顿实验指出
散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还 出现一种波长λ'大于λ的新的射线。
康普顿效应 改变波长的散射 康普顿散射
散射X射线的波长中有两个峰值 和 且 与散射角有关
第27页/共43页
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
按经典电磁理论： 如果入射X光是某 种波长的电磁波， 散射光的波长是
不会改变的！
第28页/共43页
.... .. .............................................................................
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
为什么会存在遏止电压？
第7页/共43页
阳极
V
阴极
K
G
光电效应伏安特性曲线
I
遏
光强较弱
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
阳极
V
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
第25页/共43页
光阑
B1 B2
晶体
A φ
X射线谱仪
C
石墨体（散射物）
G
X 射线管 调节A对R的方位，可使不同方向
R
的散射线进入光谱仪。
康普顿实验装置示意图
第26页/共43页
康普顿实验指出
散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还 出现一种波长λ'大于λ的新的射线。
康普顿效应 改变波长的散射 康普顿散射
散射X射线的波长中有两个峰值 和 且 与散射角有关
第27页/共43页
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
按经典电磁理论： 如果入射X光是某 种波长的电磁波， 散射光的波长是
不会改变的！
第28页/共43页
.... .. .............................................................................
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
为什么会存在遏止电压？
第7页/共43页
阳极
V
阴极
K
G
光电效应伏安特性曲线
I
遏
光强较弱
鲁科版选修3-55.1光电效应5.2康普顿效应课件
1.基本知识 (1)康普顿效应 X 射线在石墨上散射时，发现部分散射光的波长_变__长___， 波长改变的多少与_散__射__角_有关．这种现象称为_康__普__顿__效__应__． (2)康普顿的理论 当光子与电子相互作用时，既遵守_能__量___守恒定律．又 遵守_动__量___守恒定律，在碰撞中光子将能量 hν 的一部分传 递给了__电__子____，光子能量减少，波长___变__长____．
【解析】 依据光电效应方程 Ek＝hν－W 可知，Ek－ν 图线的斜率代表普朗克常量 h，因此钨和锌的 Ek－ν 图线应 该平行．图线的横截距代表极限频率 ν0，而 ν0＝Wh ，因此钨 的 ν0 小些．综上所述，A 图正确．
【答案】 A
对康普顿效应的理解
【问题导思】 1．X 射线照在石墨上会有什么现象？ 2．光子和电子碰撞后，波长会改变吗？ 3．经典理论能解释康普顿现象吗？
金属时的动能，光电子的最大初 能与光电子
动能是指在光电效应中从金属 的最大初动
表面直接向外飞出的电子所具 能
有的动能
Ek≤Ekm
E 总＝Nhν
光子的能量 光子的能量 E＝hν；入射光的强 N—单位时间
与入射光的 度指单位时间内照射到金属表 照在单位面
强度
面单位面积上的总能量
积上的光子
数
2.对光电效应方程 hν＝W＋12mv2 的理解
(2013·西安一中检测)关于光的波粒二象性，下列说 法中正确的是( )
A．光的频率越高，衍射现象越容易看到 B．光的频率越高，粒子性越显著 C．大量光子产生的效果往往显示波动性 D．光的波粒二象性否定了光的电磁说 【审题指导】 (1)波粒二象性是对光本质的描述． (2)频率高低影响光的粒子性和波动性的表现． (3)大量光子波动性显著，少量光子粒子性显著．
【解析】 依据光电效应方程 Ek＝hν－W 可知，Ek－ν 图线的斜率代表普朗克常量 h，因此钨和锌的 Ek－ν 图线应 该平行．图线的横截距代表极限频率 ν0，而 ν0＝Wh ，因此钨 的 ν0 小些．综上所述，A 图正确．
【答案】 A
对康普顿效应的理解
【问题导思】 1．X 射线照在石墨上会有什么现象？ 2．光子和电子碰撞后，波长会改变吗？ 3．经典理论能解释康普顿现象吗？
金属时的动能，光电子的最大初 能与光电子
动能是指在光电效应中从金属 的最大初动
表面直接向外飞出的电子所具 能
有的动能
Ek≤Ekm
E 总＝Nhν
光子的能量 光子的能量 E＝hν；入射光的强 N—单位时间
与入射光的 度指单位时间内照射到金属表 照在单位面
强度
面单位面积上的总能量
积上的光子
数
2.对光电效应方程 hν＝W＋12mv2 的理解
(2013·西安一中检测)关于光的波粒二象性，下列说 法中正确的是( )
A．光的频率越高，衍射现象越容易看到 B．光的频率越高，粒子性越显著 C．大量光子产生的效果往往显示波动性 D．光的波粒二象性否定了光的电磁说 【审题指导】 (1)波粒二象性是对光本质的描述． (2)频率高低影响光的粒子性和波动性的表现． (3)大量光子波动性显著，少量光子粒子性显著．
《康普顿效应》课件
康普顿效应在高能散射 和极端条件下的研究仍 存在挑战，需要进一步 深入研究和探索。
参考文献
康普顿散射的理论与实验研究
XXX，XXX出版社，2010年
A p p licatio n o f C o m p to n Effect in N o n d estru ctive Testin g
XXX，YYY出版社，2013年
3
实验结果的观测与分析
实验结果可以通过绘制散射光强度与散射角的关系曲线来观察和分析康普顿效应。
第四部分：应用领域
X射线荧光光谱技术
非破坏性检测技术
X射线荧光光谱技术利用康普 顿效应测量样品中的元素含量， 广泛应用于材料分析和地质研 究等领域。
康普顿效应可用于非破坏性检 测技术，如检测工件的内部缺 陷和材料的组成。
康普顿效应的推导
康普顿效应的推导需要考虑 能量守恒和动量守恒的原理， 最终得出光子波长的变化公 式。
第三部分：实验装置和实验结果
1
康普顿效应的实验装置
康普顿效应实验装置包括源、散射介质和探测器，通过测量散射角和散射光的能 量变化来研究康普顿效应。
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验过程和方法
实验过程主要包括调整散射角、测量散射光的能谱和分析实验数据等步骤。
《康普顿效应》PPT课件
康普顿效应是指入射光子与自由电子发生散射时，光子的波长发生变化的现 象。本课件将介绍康普顿效应的原理、实验装置和应用领域。
第一部分：介绍
什么是康普顿效应？
康普顿效应是入射光子与 自由电子散射时光子波长 发生变化的现象，揭示了 光子的波粒二象性。
康普顿效应的历史背 景
康普顿效应由美国物理学 家康普顿于1923年首次发 现，为该领域的重要里程 碑。
大学物理课件---康普顿效应---[福州大学...李培官]
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19
欢迎指导
谢谢
今天是2014年7月23日星期三
20
光子和电子的弹性碰撞。
答案 （ D ）
15
【例 2】
康普顿效应的主要特点是
（A ） 散射光的波长均比入射光的波长短，且随散射角 的增大而减小，但与散射体的性质无关。 （B） 散射光的波长均与入射光的波长相同，与散射角， 散射体性质无关。 （C ） 散射光中既有与入射光波长相等的，也有比入射 光波长长的和比入射光波长短的，这与散射体性 质有关。 （D ）散射光中有些波长比入射光的波长长，且随散射 角增大而增大，有些散射光波长与入射光波长相同， 这些都与散射体的性质无关。 答案 （D）
h 2 康普顿效应 l l l0 m c 1 cos 2lc sin 2 0 h lc 0.0024nm l不超过 0.005nm m0 c
光电效应实验中光的波长（λ）100nm左右，远大于△λ， 康普顿效应不明显。 康普顿效应实验中X射线波长0.01~0.1nm,
今天是2014年7月23日星期三
大学物理课件
---康普顿效应
福州大学至诚学院
大学物理教研室 李培官
1
第六篇
第十二章. ---波和粒子
2
§12--1.量子论的出现
§12--1--3.
康普顿效应
3
一.光量子论的实验检验
• 光量子论的提出，意味着早在半个多世纪前已被推翻了 的牛顿的光的微粒说在某种意义上的复活，使当时占绝 对统治地位的波动论出现了对立面。 • 爱因斯坦的粒子不同于牛顿的粒子，而是既具有能量又 具有动量的粒子，这就使得的光不仅具有波动性，而且 具有粒子性，是波动性和粒子性的辩证统一，即光具有
16
【例 3】波长 l0 3.0 10-2 nm 的X射线与静止的自由 电子作弹性碰撞, 在与入射角成 90 角的方向上观察, 问 （1）散射X射线光子的波长为多少？ （2）反冲电子得到多少动能？ 解（1）l lC (1 cos ) lC (1 cos 90 ) lC
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光子和电子的弹性碰撞。
答案 （ D ）
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【例 2】
康普顿效应的主要特点是
（A ） 散射光的波长均比入射光的波长短，且随散射角 的增大而减小，但与散射体的性质无关。 （B） 散射光的波长均与入射光的波长相同，与散射角， 散射体性质无关。 （C ） 散射光中既有与入射光波长相等的，也有比入射 光波长长的和比入射光波长短的，这与散射体性 质有关。 （D ）散射光中有些波长比入射光的波长长，且随散射 角增大而增大，有些散射光波长与入射光波长相同， 这些都与散射体的性质无关。 答案 （D）
h 2 康普顿效应 l l l0 m c 1 cos 2lc sin 2 0 h lc 0.0024nm l不超过 0.005nm m0 c
光电效应实验中光的波长（λ）100nm左右，远大于△λ， 康普顿效应不明显。 康普顿效应实验中X射线波长0.01~0.1nm,
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---康普顿效应
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第六篇
第十二章. ---波和粒子
2
§12--1.量子论的出现
§12--1--3.
康普顿效应
3
一.光量子论的实验检验
• 光量子论的提出，意味着早在半个多世纪前已被推翻了 的牛顿的光的微粒说在某种意义上的复活，使当时占绝 对统治地位的波动论出现了对立面。 • 爱因斯坦的粒子不同于牛顿的粒子，而是既具有能量又 具有动量的粒子，这就使得的光不仅具有波动性，而且 具有粒子性，是波动性和粒子性的辩证统一，即光具有
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【例 3】波长 l0 3.0 10-2 nm 的X射线与静止的自由 电子作弹性碰撞, 在与入射角成 90 角的方向上观察, 问 （1）散射X射线光子的波长为多少？ （2）反冲电子得到多少动能？ 解（1）l lC (1 cos ) lC (1 cos 90 ) lC
康普顿效应课件
E = hν , p =
h
λ
描述光子粒子性的量（E和p）与描述光的波动 性的量（ν 和 λ ）通过普朗克常数h被联系起 来。
光电效应实验表明，光由光子组成的看法是 光由光子组成的看法是 正确的，体现出光具有粒子性。 正确的，体现出光具有粒子性。而结合前面所述 的干涉、衍射及偏振现象， 的干涉、衍射及偏振现象，又明显的体现出光的 波动性。 光既具有波动性，又具有粒子性， 波动性。故，光既具有波动性，又具有粒子性， 即光具有波粒二象性 一般的，光在传播过程中， 波粒二象性。 即光具有波粒二象性。一般的，光在传播过程中， 波动性表现比较显著：当光和物质相互作用时， 波动性表现比较显著：当光和物质相互作用时， 粒子性表现比较显著。 粒子性表现比较显著。 光所表现的这两重性质，反映了光的本性。 光所表现的这两重性质，反映了光的本性。 应当指出，光子具有粒子性并不意味着光子一定 没有内部结构，光子也许由其它粒子组成，只目 前无任何实验显露出光子存在内部结构的迹象。
组员： 组员 组员：刘丽娟 毛民亮 何向淼 冯 阳
• 由狭义相对论的动量和能量的关系式
E = p c + E0
2 2
2
2
• 可知，而光子的静能量为零，故光子能量和 动量关系可写为 E = p c • 其动量也可写成 E hν h p= = = c c λ • 因此，对于频率为 ν 的光子，其能量和动 ν 量分别为
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1.光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播 方向发生改变,这种现象叫做光的散射
2.康普顿效应
1918 - 1922年康普顿在做 X 射线通过 物质散射的实验时，发现散射线中除有 与入射线波长相同的射线外，还有比入 射线波长更长的射线，其波长的改变量 与散射角有关，而与入射线波长和散射 物质都无关。
2.光电效应实验表明：只要频率高于极限 频率，即使光强很弱也有光电流；频率低 于极限频率时，无论光强再大也没有光电 流。
3.光电效应具有瞬时性。而经典认为光能 量分布在波面上，吸收能量要时间，即需 能量的积累过程。
三.爱因斯坦的光量子假设
爱了1因启.光发斯子，坦：从他光割提普本 的出朗身 能克：就 量的是 子能由 组量一 成子个 的说个，中不频得可率到分为ν 的光的能量子为hν。这些能
表面逸出，所以不需时间的累积。
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系
4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得极极限频率：
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当 时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了 光的波动理论。
4.光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效 应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的 值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论 的正确。
1.光控继电器
可以用于自动控
制，自动计数、自动
报警、自动跟踪等。
放大器
2.光电倍增管
可对微弱光线进行放 大，可使光电流放大 105~108 倍，灵敏度 高，用在工程、天文、 科研、军事等方面。
控制机构
K K1
K2 K4 K3
K5
A
应用
• 光电管 •光 I
A K
电流计
电源
第2课时
康 普 顿 效 应 (1892-1962)美国物理学家
• 实验表明：不同的金属的极限频率不同。
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
阳极
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9
V
秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝 尔物理学奖
5.光电效应在近代技术中的应用
光阑
B1 B2
晶体
A φ
X射线谱仪
C
石墨体（散射物）
G
X 射线管 调节A对R的方位，可使不同方向
R
的散射线进入光谱仪。
康普顿实验装置示意图
康普顿实验指出
散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还 出现一种波长λ'大于λ的新的射线。
康普顿效应 改变波长的散射
康普顿散射
散射X射线的波长中有两个峰值 和
光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
光电效应
当光线（包括不可见光）照射在 金属表面时，金属中有电子逸出的现 象，称为光电效应。逸出的电子称为 光电子。
2.光电效应的电路图
光电子在电场作用下形成光电流
A
阳极
V
阴极
K
G
3.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后 不再增大，即达到饱和值。
逸出功W0
使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫 做这种金属的逸出功。
书32页表格1 几种金属的逸出功和极限频率
三.爱因斯坦的光量子假设
3.光子说对光电效应的解释
①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入
射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当
hν>W0时，才有光电子逸出， c
效应的截止频率。
光强较弱
止
电
压
Uc
O
U
光电效应伏安特性曲线
I
饱
和
遏 止
电I s
流
电
压
Ua
O
光强较强 光强较弱
实验表明:对于一定 颜色(频率)的光,无 论光的强弱如何,遏 止电压是一样的.
光电子的最大初动
能只与入射光的频
U
率有关，与入射光 的强弱无关。
b.存在截止频率
• 当入射光的频率减小到某一数值时，即使 不施加反向电压也没有光电流，这表明已 经没有光电子了，称为截止频率或是极限 频率，这就是说，当入射光的频率低于截 止频率时不发生光电效应。
光电效应在极短的时间内完成
二.经典理论解释光电效应的疑难
1. 经典认为，按照经典电磁理论， 入射光的光强越大，光波的电场强度 的振幅也越大，作用在金属中电子上 的力也就越大，光电子逸出的能量也 应该越大。也就是说，光电子的能量 应该随着光强度的增加而增大，不应 该与入射光的频率有关，更不应该有 什么截止频率。
W0 h
就是光电
②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积 累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。
③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属 时产生的光电子多，因而饱和电流大。
爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也
多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属
康普顿效应康普顿效应
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
镜面检测
薄膜干涉
增透膜
量子后来被称为光子。
Eh爱因斯坦的光子说
三.爱因斯坦的光量子假设
2.爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能 量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸 出后电子的初动能Ek，即：
hEk W0
或 Ek hW0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
W0
——金属的逸出功
实验表明： 入射光越强，饱和电流越大
(2)存在遏止电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和截止频率
将电源反接，电场反向，则光 电子离开阴极后将受反向电场阻 碍作用。
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
为什么会存在遏止电压？
阳极
V
阴极
K
G
光电效应伏安特性曲线
I
遏