第三节 康普顿效应
第三节 康普顿效应
实验规律 X光管光阑 探测器 散射物体 散射线中有两种波长A0、,A=-4。随散射角O 0的增大而增大
θ 0 λ 0 散射线中有两种波长0 、 ， 0 = −λ θ的增大而增大。 随散射角 探测器 0 一. 实验规律 X 光管 光阑 散射物体
0=0°散射曲线的三个特点: 1.除原波长外出现了移向长波方 卯=45°面的新的散射波长x 2.新波长λ随散射角的增大而增大 A.y=90°3.当散射角增大时原波长的谱线强 度降低而新波长的谱线强度升高 g=135 07000.750波长(A)
=0 j O =45 j O =90 j O =135 j O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. o 0.700 0.750 波长λ（A） . . . . . . . 散射曲线的三个特点： 1.除原波长0外出现了移向长波方 面的新的散射波长 2.新波长 随散射角的增大而增大 3.当散射角增大时 原波长的谱线强 度降低 而新波长的谱线强度升高
经典物理的解释 4 散射物体受迫振动v 单色照射,电子受发射,同频率 电磁波 迫振动 散射线 说明 经典理论只能说明波长不变的散射,而不能说明康普顿 散射
二. 经典物理的解释 经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿 散射。 电子受 迫振动 同频率 散射线 单色 发射 电磁波 θ 说明 受迫振动v0 0 0 0 0 照射 散射物体
光子理论解释 1.入射光子与外层电子弹性碰撞 外层 受原子核束缚较弱一近似自由 静止自 电子 动能<<光子能量 近似静止 由电子 能量、动量守恒 hv hvtmctshvtmc2 hv hv h AA-— cos B+ mUcos mv sin 6=musin
三. 光子理论解释 能量、动量守恒 1. 入射光子与外层电子弹性碰撞 外层 电子 受原子核束缚较弱 动能＜＜光子能量 近似自由 近似静止 静止 自 由 电子 = = + j j sin sin cos cos 0 v v m c h m c h c h 2 2 h 0 + m0 c = h + mc θ j h 0 h 2 0 m c 2 mc c h 0 c h mv 0
所以,波长改变量=-。=2sin 康普顿波长2=h/m3c=0.0024mm 自由 电子 2.X射线光子和原子内层电子相互作用 内层电子被紧束缚,光子相当于和整个原子发生碰撞。 光子质量远小于原子,碰撞时光子不损失能量,波长不变。 内层电子 波长不变的散射线 说明(1)光子 外层电子 波长变大的散射线
2. X 射线光子和原子内层电子相互作用 光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。 原子 自由 电子 0 0 0 内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。 所以，波长改变量 2 2 sin2 0 c λ =λ −λ = λ 康普顿波长 c = h/m0 c = 0.0024 nm 光子 内层电子 外层电子 波长变大的散射线 波长不变的散射线 说明 (1)
(2)、吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年参加了发现康普顿效应的研究工作 19251926年吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射线以15 种轻重不同的元素为散射物质 在同一散射角(q=120)测量各种波长的散射光 强度做了大量X射线散射实验 对证实康普顿效应作出了重要贡献
1925—1926年 吴有训用银的X射线(0=5.62nm) 为入射线 以15 种轻重不同的元素为散射物质 (2)、吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年 参加了发现康普顿效应的研究工作 对证实康普顿效应作出了重要贡献 在同一散射角( )测量各种波长的散射光 强度 做了大量 X 射线散射实验 0 j = 120
波长40 轻物质(多数电子处于弱束缚状态) 弱强 重物质(多数电子处于强束缚状态) 强弱 银对阴极 S1 Be 吴有训实验结果 Na e Ni
波长 0 轻物质（多数电子处于弱束缚状态 ） 弱 强 重物质（多数电子处于强束缚状态 ） 强 弱 吴 有 训 实 验 结 果
意义 ●证实了康普顿效应的普遍性 证实了两种散射线的产生机制 λ一外层电子(自由电子)散射 一内层电子(整个原子)散射 吴有训 在康普顿的一本著作 (1897-1977) “ X-Rays in theory and experiment(1935)中 19处引用了吴的工作 两图并列作为康普顿效应的证据 0
• 证实了康普顿效应的普遍性 • 证实了两种散射线的产生机制 －外层电子(自由电子)散射 0－内层电子(整个原子)散射 在康普顿的一本著作 “X-Rays in theory and experiment”(1935)中 19处引用了吴的工作 两图并列作为康普顿效应的证据 吴有训 (1897—1977) 意义: 0
3.康普顿散射实验的意义 ●支持了光量”概念进一步证实了 ●首次在实验上证实了爱因斯坦提出的量子具有动 量”的假设 Ecs=la ●证实了在微观的单个碰撞事件中,动量和能量守恒定 律仍然成立 康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖
3.康普顿散射实验的意义 ⚫支持了“光量子”概念 进一步证实了 ⚫首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动 量”的假设 ⚫证实了在微观的单个碰撞事件中, 动量和能量守恒定 律仍然成立 康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖 P = E/c = h/c = h/ = h