康普顿效应2010ppt课件.ppt

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1、引言：爱因斯坦断言：光是由光子组成，但真正证明光是由光子组成的还是康普顿实验。美国物理学家康普顿起初也不相信“光量子”，但密立根的实验对他有触动，特别是在爱因斯坦提出了“光子动量”的概念后，他决定对光子的动量进行检验。7.6Compton效应（Compton’seffect）早在1904年伊夫（AS.Eve)发现射线被物质散射后波长变长的现象,康普顿相继研究了射线及X射线的散射,他先确定了伊夫的发现。又用自制的X射线分光计,测定了X射线经石墨沿不同方向的散射的定量关系,1923年发表论文作出了解释.散射现象：光通过

2、不均匀物质时，向各个方向发散的现象实验发现：X射线→金属或石墨时，也有散射现象1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生了变化的成分——散射束中除了有与入射束波长0相同的射线，还有波长>0的射线.其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应1927诺贝尔物理学奖1922年,Compton在X射线散射中发现波长改变的现象一实验装置X射线管X射线谱仪光阑石墨体（散射物）θ晶体调节A对R的方位，可使不同方向的散射线进入光谱仪。康普顿实验指出散射光中除了和入射光波长λ相同

3、的射线之外，还出现一种波长λ'大于λ的新的射线。改变波长的散射康普顿散射康普顿效应散射X射线的波长中有两个峰值和且与散射角θ有关钼谱线散射物质—石墨散射光中除有原波长成分外,还出现了0的谱线.0随增加而增加;的强度随增加而增加,.(1)(2)二实验结果与散射物质无关;的谱线的强度随散射物质原子序数的增加而减小;0的谱线强度随散射物质原子序数的增加而增加.(3)三经典理论的困难按经典电磁理论，带电粒子受到入射电磁波的作用而发生受迫振动，从而向各个方向辐射电磁波，散射束的频率应与入射束频率相

4、同，带电粒子仅起能量传递的作用.可见，经典理论无法解释波长变长的散射线.康普顿效应的解释关于x射线是什么？历史上曾引起过激烈的争论！英国物理学家大部分认为是波，大部分法国和德国物理学家认为是粒子流，这一实验使人们确信x线是粒子流,1919~1920年康普顿在英国作访问学者，试图用电磁波知识来解释康普顿效应。如果x射线是电磁波，能不能解释康普顿效应效应？不能，请听分解：x射线e没有波长变长的散射光！1922年康普顿接受了爱因斯坦的光量子理论，将x射线与物质的散射看成是光子与原子中的电子的碰撞，很好地解释了康普顿效应。‘

5、x’光子与原子中的电子的碰撞可分为两类：1）‘x’光子（能量~104eV)与原子中的外层电子（束缚能越几个eV）的碰撞，视为与自由电子的碰撞；电子光子2）‘x’光子（能量~104eV)与原子中的内层电子（束缚能大）的碰撞，视为与整个原子的碰撞；原子光子光子理论对康普顿效应的解释光子理论认为康普顿效应是高能光子和低能自由电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：若光子和散射物外层电子（相当于自由电子）作弹性碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，因此波长变长，频率变低。若光子和被原子核束缚很紧的内层电子相碰撞时，就

6、相当于和整个原子发生弹性碰撞，由于光子质量远小于原子质量，碰撞过程中光子传递给原子的能量很少，碰撞前后光子能量几乎不变，故在散射光中仍然保留有波长0的成分。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。总结：1）波长不变的散射光来自光子与整个原子（内层电子）的碰撞；2）波长变长的散射光来自光子与原子外层电子的碰撞。电子光子原子光子1物理模型入射光子（X射线或射线）能量大.四量子定量解释范围为：光子电子电子光子电子反冲速度很大，用相对论力学处理.电子热运动能量，可近似为静止电子.固体表面电子束缚较弱，

7、视为近自由电子.光子电子电子光子康普顿效应的定量分析YXYX（1）碰撞前（2）碰撞后（3）动量守恒光子在自由电子上的散射Xθ2定量计算动量守恒能量守恒康普顿波长康普顿公式此式说明：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。散射光波长的改变量仅与有关.散射光子能量减小4结论5讨论若则，可见光观察不到康普顿效应.光具有波粒二象性一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著.与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.散射中的散射光是因光子与紧束缚电子的作用.

8、原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显.6物理意义光子假设（光子理论）的正确性，狭义相对论力学的正确性.微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.康普顿获得了1927年度诺贝尔物理学奖。康普顿散射研究过程给我们如下启示：1.光子理论对康普顿散射的成功解释，进一步证明了普朗克量子理论和爱因斯坦光子理论的正确性。2