物理学 15-3康普顿效应 第五版 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A相同的射线,还有 波长>A0的射线 第十五章量子物理
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 1 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
物理学 15-3康普顿效应 第五版 实验装置 入o C AA E S R Replay 第十五章量子物理 2
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 2 一 实验装置
物理学 15-3康普顿效应 第五版 二实验结果(相对强度 6=0 1波长的偏移 (△=A-0)与 6=45° 散射角有关 6=90 2△与散射 物体无关 b=135° 元孔(波长) 第十五章量子物理
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 3 二 实验结果 = 0 = 45 = 90 =135 （相对强度） （波长） I 0 0 1 波长的偏移 ( ) 与 散射角有关. = − 0 2 与散射 物体无关.
物理学 15-3康普顿效应 第五版 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 第十五章量子物理
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 4 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
物理学 15-3康普顿效应 第五版 四量子解释 1物理模型 光子v 0 电子 X NA光子v q 电子 入射光子(X射线或y射线)能量大 E=hv范围为:104~105eV 第十五章量子物理
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 5 1 物理模型 入射光子（ X 射线或 射线）能量大 . 四 量子解释 10 ~10 eV 4 5 E = h 范围为： 0 0 0 v = x y 光子 电子 x y 电子 光子
物理学 15-3康普顿效应 第五版 ◆电子热运动能量<<hv,可近似为静止 电子 光子v 0 电子 X NA光子v q 电子 ◆固体表面电子束缚较弱,视为近自由电子. ◆电子反冲速度很大,用相对论力学处理 第十五章量子物理
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 6 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. h 固体表面电子束缚较弱，视为近自由电子. 0 0 0 v = x y 光子 电子 x y 电子 光子
物理学 15-3康普顿效应 第五版 2定性分析 (1)入射光子与散射物质中束缚微弱的 电子弹性碰撞时,一部分能量传给电子, 散射光子能量减少,频率下降、波长变大 (2)光子与原子中束缚很紧的电子发生 碰撞,近似与整个原子发生弹性碰撞时, 能量不会显著减小,所以散射束中出现与 入射光波长相同的射线 第十五章量子物理 7
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 7 (1)入射光子与散射物质中束缚微弱的 电子弹性碰撞时，一部分能量传给电子， 散射光子能量减少，频率下降、波长变大. 2 定性分析 (2)光子与原子中束缚很紧的电子发生 碰撞，近似与整个原子发生弹性碰撞时， 能量不会显著减小，所以散射束中出现与 入射光波长相同的射线
物理学 15-3康普顿效应 第五版 3定量计算 能量守恒 hv hva +mc2=hv +me hvo /00 X 动量守恒 0 h 0 hv e+ mu 10 h2v2h2v2 h'vv 2 2 2 2 cos C C 第十五章量子物理 8
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 8 3 定量计算 x y 0 0 e c h e c h v m e 0 e v e m c h e c h = + 0 0 动量守恒 2 2 hv0 + m0 c = h + mc 能量守恒 2 cos 2 0 2 2 2 2 2 2 0 2 2 2 c h c h c h m v = + −
物理学 15-3康普顿效应 第五版 2.2 h2v2 hv h 0+-2-2-20-cos0 mc(1--2) noC-2hv (1-Cos 6)+ 2moc-hvo-v) m=m(-02/c (1-C0)=1-1=△元 C 第十五章量子物理 9
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 9 2 cos 2 0 2 2 2 2 2 2 0 2 2 2 c h c h c h m v = + − 2 (1 cos ) 2 ( ) (1 ) 0 2 0 0 2 4 2 0 2 2 2 4 − − + − − = m c h m c h c m c v (1 cos ) 0 0 − = − m c c c h 2 2 1/ 2 0 (1 / ) − m = m − v c = −0 =
物理学 15-3康普顿效应 第五版 h 2h 6 (-cos0) SIn Mac Mac 康普顿波长2h=243×10m Moc ◆康普顿公式 h △=(1-cos)=1c(1-cos0) 第十五章量子物理 10
第十五章 量子物理 物理学 第五版 15-3 康普顿效应 10 康普顿波长 2.43 10 m 1 2 0 C − = = m c h 2 sin 2 (1 cos ) 2 0 0 m c h m c h = − = 康普顿公式 (1 cos ) (1 cos ) C 0 = − = − m c h