康普顿效应4氢原子的玻尔理论yy

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1、§3康普顿效应Comptoneffect1.实验装置石墨对X射线的散射一.康普顿效应Comptoneffect1923年，美国物理学家康普顿研究了X射线经物质散射的实验。康普顿效应全面验证了爱因斯坦的光子概念。光阑X射线管X射线谱仪0散射光,0石墨体(散射物质)θ2.实验现象在X射线通过物质散射时，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。这种散射光波长变长的散射称为康普顿效应或康普顿散射。3.实验规律①散射x射线的波长中有两个峰值，λ>λ0②波长的改变量仅与散射角θ有关，与散射物质、入射波长无关。原子序数小的物质，康普顿效应明显

2、。原子序数大的物质，康普顿效应不明显。X-ray③康普顿散射的强度与散射物质有关4.光子理论对两个效应的定性解释光子与实物粒子一样能与电子发生碰撞。光电效应：光子与自由电子发生完全非弹性碰撞。康普顿效应：光子与电子发生弹性碰撞。ⅰ）与内层紧束缚电子碰撞：a.可看作光子与整个原子的碰撞b.光子能量不变，故λ=λ0，但方向改变ⅱ）与外层弱束缚电子碰撞：a.飞出反冲电子，带走一部分能量b.光子的能量减小。hvλ0ⅲ）原子序数小的物质，几乎所有电子出于弱束缚状态，所以康普顿效应明显。原子序数大的物质，原子中大多数内层电子受到原子核的束缚较紧，康普顿效应不明

3、显。ⅳ）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，故波长的改变量与散射角有关。假设光子与电子发生完全弹性碰撞。5.康普顿散射公式反冲电子弱束缚电子初态弱束缚电子可看作是静止的孤立电子,质量为m0，末态反冲电子质量为m，速度光子散射光子碰撞过程能量守恒动量守恒①②令为康普顿波长—康普顿散射公式将代入两式，得6.说明几点散射波长改变量的数量级为10-12m，对于可见光波长～10-7m，<<，在光谱仪中与0分辨不开,所以观察不到康普顿效应。对于X射线波长=7.1X10-2nm，～，可观察到康普顿效应。①为什么可见光观察不到康普顿效应？只有入射波长和

4、电子康普顿波长c可比拟时，康普顿现象才显著。②与原波长相同的射线：相当于与原子相碰，能量几乎未变——瑞利散射。④光电效应中，康普顿效应不显著。③当=0时，光子频率保持不变；=时，光子频率减小最多。金属中的电子是受金属整体的束缚，而不是受某特定原子的束缚。①证实了“光量子假说”的正确性，进一步证实了=h②首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设，光确实具有波粒二象性。③证实了在微观领域的光电相互作用的过程中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。p=/c=h/c=h/7.康普顿散射实验的意义康普顿（A.H.Compton)美国人(1892-1

5、962）发现了X射线通过物质散射时，波长变长的现象1927年获得诺贝尔物理学奖吴有训以精湛的实验技术和卓越的理论分析，对康普顿效应的广泛适用性提供了大量实验证据，为康普顿效应的发现、确认和理论分析作出了重大贡献。康普顿非常赞赏吴有训的才干，晚年曾向杨振宁说：吴有训是他一生中最得意的学生。在他的一本著作中引用了吴有训所作的15种物质散射曲线，成了康普顿效应最有力的实验证据之一。吴有训（字正之）(1897～1977)，中国近代物理学奠基人，教育家，1897年4月26日生于江西高安。1920年毕业于南京高等师范学校。1921年赴美入芝加哥大学，随康普顿从事物理学研究，1

6、926年获博士学位。1926年秋回国，先后在江西大学和中央大学任教，1928年秋起任清华大学教授，物理系主任、理学院院长。1945年10月任中央大学校长。1948年底任上海交通大学教授。1949年任校务委员会主任。1950年夏任中国科学院近代物理研究所所长，同年12月起任中国科学院副院长，吴有训曾任中国物理学会理事长。1977年11月30日在北京逝世。2.康普顿效应说明在光和微观粒子的相互作用过程中，以下定律严格适用:（A）动量守恒、动能守恒；（B）牛顿定律、动能定律；（C）动能守恒、机械能守恒；（D）动量守恒、能量守恒。1.黑体辐射、光电效应及康普顿效应皆突出表

7、明了光的（A）波动性;（B）粒子性;（C）单色性;（D）偏振性.BD3．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同的，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。这都与散射体的性质无关。D4.假定在康普顿实验中，入射光的波长λ0=0.0030nm，反冲电子的速度V=0.6c，求散射光的波长λ。解：其

8、中反冲电子