第六章 量子物理基础 (2)
第六章 量子物理基础 (2)
§63康普顿散射 光具有波粒二象性。在有些情况下,光 突出地显示出其波动性;而在另一些情况 下,则突出地显示出其粒子性。 康普顿散射是光显示出其粒子性的又 著名实验。 描述光的波动性:波长4,频率v 描述光的粒子性:能量E,动量P 由光的量子论:E=hv 和关系式:2=p2c2mnec4=p2c2
§6.3 康普顿散射 光具有波粒二象性。在有些情况下，光 突出地显示出其波动性；而在另一些情况 下，则突出地显示出其粒子性。 描述光的波动性：波长 ，频率 描述光的粒子性：能量 ，动量 P 康普顿散射是光显示出其粒子性的又一 著名实验。 由光的量子论： = h 和关系式： 2 = p2c 2 + m0 2c 4 = p 2c 2
得光子的动量p=hve=h 令h=/2z,圆频率=2mv, 得基本关系式: 8=hv=ho 庐=h=hk 1923年,康普顿研究X射线与石墨的散射, 首次在实验上证实了“光子具有动量
得光子的动量 p = h/c = h / 令 = h/2，圆频率 = 2， 得基本关系式: = h = → → → = n = k h p 1923年，康普顿研究 X射线与石墨的散射， 首次在实验上证实了“光子具有动量”
康普顿散射的实验装置与规律: 实验装置 X-ray Sour ce Incident Q beam Scattered beam Crystal Scatterer 6 Lead collimating Detector slits
一.康普顿散射的实验装置与规律： 实验装置 X-ray source Incident beam Scattered beam Crystal Detector Lead collimating slits Scatterer
这是X射线晶 体散射仪 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!
这是X射线晶 体散射仪 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！
实验结果: 在散射的X射线中, 除有波长与入射射线 相同的成分4外 还有波长较长的成分。 波长的偏移为 A=-10=0243(1-c6) 其中0…射波的波长 瓦…散射波的波长 5 6…教射角 通常令2=0243A C 0.700 0.750 …称为电子的 X光在石墨上散射的角分布 Compton波长
在散射的X射线中， 除有波长与入射射线 相同的成分0外， 还有波长较长的成分。 波长的偏移为 其中 0……入射波的波长 ……散射波的波长 ……散射角 通常令 o c = 0.0243 A c……称为电子的 Compton波长。 实验结果： = 0 o 4 5 o 9 0 o 1 3 5 o 0.700 0.750 X光在石墨上散射的角分布 = − = 0.0243 (1−cos ) 0
★康普顿效应的特点: (1)波长偏移只与散射角θ有关,而与 散射物质及入射的X射线的波长0 无关; (2)散射线中还有与原波长相同的射线 (3)只有当入射波长4较短,与电子的 康普顿=0243A波长可比拟时, 康普顿效应才显著
★康普顿效应的特点： （1）波长偏移只与散射角 有关，而与 散射物质及入射的X射线的波长 0 无关； （2）散射线中还有与原波长相同的射线； （3）只有当入射波长 0 较短，与电子的 康普顿 波长可比拟时， 康普顿效应才显著。 o c = 0.0243 A
康普顿的解释 定性分析: 石墨中的外层电子在原子中结合较弱, 因X光的光子能量很大,可认为这些 电子是静止的自由电子。 X射线的光子与静止的自由电子之间是 弹性碰撞。并假设在碰撞过程中能量 守恒,动量守恒。 光子把部分能量传给了电子,能量 减小,频率变小,因而波长变长
二.康普顿的解释 石墨中的外层电子在原子中结合较弱， 因X光的光子能量很大，可认为这些 电子是静止的自由电子。 X射线的光子与静止的自由电子之间是 弹性碰撞。并假设在碰撞过程中能量 守恒,动量守恒。 定性分析： 光子把部分能量传给了电子，能量 减小,频率变小,因而波长变长
定量计算:按能量与动量守恒定律应有 hvtmmc2=hy+mc2 h0=h计+m 20 解出的波长偏移 君 (推导见书) △=-。=h(1-cos 0 . c 和实验结果完全符合! =00243(1-c0s
定量计算：按能量与动量守恒定律应有 → → → = + + = + n m v h n h h m c h mc 0 0 2 2 0 0 解出的波长偏移 （推导见书）： ( ) 0.0243 1 cos (1 cos ) 0 0 = − = − = − m c h 和实验结果完全符合！
◆为什么△4与散射物的种类无关? (散射物中的电子看成自由电子) ◆为什么在散射线中还观察到有与原波长 相同的射线? (光子与石墨中被原子核束缚很紧的内层电子 的碰撞,应看做是光子和整个原子的碰撞) ◆为什么,在可见光的散射中观察不到 波长偏移现象? (△最大为0.0486;是可见光的~10
为什么在散射线中还观察到有与原波长 相同的射线？ 为什么，在可见光的散射中观察不到 波长偏移现象？ （光子与石墨中被原子核束缚很紧的内层电子 的碰撞，应看做是光子和整个原子的碰撞） （最大为0．0486；是可见光的～10-5） 为什么与散射物的种类无关？ （散射物中的电子看成自由电子）