六康普顿效应

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1、康普顿效应和解释思考题1、康普顿效应的现象是什么？2、康普顿效应有何意义？3、光的量子论与光的微粒说的不同之处.引入光在传播过程中,遇到两种均匀媒质的分界面时,会产生反射和折射现象．但当光在不均匀媒质中传播时,由于一部分光线不能直线前进,就会向四面八方散射开来,形成光的散射现象．地球周围由空气形成的大气层,就是这样一种不均匀媒质．因此,我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色．一般的光散射知识告诉我们，只有当光通过光学性质不均匀的媒质时，光散射现象才会发生．康普顿效应（高中第三册P.48）光子在

2、介质中和物质微粒相互作用，可能使得光的传播转向任何方向，这种现象叫做光的散射。白天的天空各处都是亮的，这是大气分子对阳光散射的结果。宇航员在大气层外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其它方向的天空却是黑的，甚至可以看到星星，这是因为没有大气对光的散射。1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒。按照

3、这个思想列出方程后求出了散射后的波长差，结果与实验数据完全相符，这样就证实了他的假设。这个现象叫做康普顿效应。康普顿效应进一步证实了光的粒子性。光子不仅具有光的能量的最小单位，而且它也有动量，在这方面光子和质子、电子等实物粒子是一样的，都是一种微观粒子。康普顿由于这个发现而获得1927年的诺贝尔物理学奖。当波长很短的光（电磁波），如X射线、γ射线等通过不含杂质的均匀媒质时，也会产生散射现象，且一反常态，在散射光中除有与原波长相同的射线外，还有比原波长大的射线出现．这现象首先由美国物理学家康普顿于1920～19

4、22年间发现，并作出理论解释，故称康普顿效应，亦称康普顿散射．康普顿效应的发现实验现象康普顿将0.71埃的X光投射到石墨上，然后在不同的角度测量被石墨分子散射的X光强度．当θ=0时，只有等于入射频率的单一频率光．当θ≠0（如45°、90°、135°）时，发现存在两种频率的散射光．一种频率与入射光相同，另一种则频率比入射光低．后者随角度增加偏离增大．——入射射线与散射射线的夹角实验原理图实验结果(1)散射光中除了和原波长λ0相同的谱线外,还有λ＞λ0的谱线．(2)波长的改变量Δλ=λ－λ0随散射角(散射方向和入

5、射方向之间的夹角)的增大而增加.(3)对于不同元素的散射物质，在同一散射角下，波长的改变量Δλ相同．波长为λ的散射光强度随散射物原子序数的增加而减小．一、经典解释（电磁波的解释）当电磁波通过物体时，将引起物体内带电粒子从入射波吸收能量而出现受迫振动．而每个振动着的带电粒子可被看作电偶极子，它们向四周辐射能量，这就成为散射光．从经典电磁理论观点，带电粒子受迫振动频率应等于入射射线的频率；所以，散射射线的频率应与入射射线的频率相同．可见，用经典电磁理论只能解释波长不变的散射，无法解释波长变化的散射，对康普顿效应不

6、能作出合理解释．康普顿解释二、光子理论解释(1)光子不仅有能量hν,而且有动量hν/λ(2)固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子电子热运动能量＜＜hν，可近似为静止自由电子(3)在碰撞过程中能量和动量守恒光子与物质中的静止“自由电子”－－外层电子碰撞，把部分能量传给电子,光子的能量减小，散射X射线的频率减小，波长变长;光子与物质中被原子核束缚很紧的电子－－内层电子碰撞，应看做是光子和整个原子的碰撞．原子的质量远大于光子的质量，在弹性碰撞中散射光子的能量(波长)几乎不改变，故在散射线中还有与原波长相同的射线．

7、动量守恒：能量守恒：导出康普顿公式：康普顿波长：（１）散射光波长的改变量　仅与有关结论：（2）散射光的能量减少（3）与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用（4）散射中的散射光是光子与物质中的紧束缚电子（原子核）的作用(1)首次实验证实了爱因斯坦提出的“光子具有动量”的假设;(2)支持了“光子”概念,证实了普朗克假设=h(3)证实了在微观领域,动量和能量守恒定律仍然成立．康普顿效应的意义爱因斯坦光量子理论的正确性在1923年又被康普顿效应所证实．康普顿曾指出：“X射线的散射实验可用光子和电子的碰

8、撞来解释，而每一光子具有的能量为，动量为”，这说明了具有确定能量和动量的光子概念得到新的验证并开始普遍地被接受．光的量子论与光的微粒说的不同之处是：牛顿所提出的光粒子的运动遵守经典力学的规律，即遵守机械运动的规律．光量子理论认为，光子的运动不遵守经典力学的规律，而是遵守电磁运动的规律，光子是和电磁波一样，在真空中有恒定的、相同的传播速度，光子的静止质量为零．光的干涉和衍射现象显示了光的波动性，而光电