物理实验第22卷第7期 27 多曲线的处理,是学生用坐标纸难以完成的 示性的实验,也是十分精彩的 3实验思路 2)康普顿效应 X射线经物体散射后波长会发生变化,这 这是实验中最能启发学生创造性的环节,是由于射线的光子与物体中自由电子发生碰撞 同时也是提高学生兴趣的关键之一该仪器能后将部分能量转化为电子的动能,而自身能量 做十多个实验也与它新颖而精巧的实验思想减小,表现为波长变长,这就是历史上著名的康 有关,以下选取两个有代表性的实验分述之 普顿效应.过去的康普顿效应实验仪要测量不 1)X射线的吸收边缘 同散射角的波长,因而价格相当昂贵. Leybold X射线的强度在穿过物质时会因吸收等原X光实验仪装置简单没有测量波长的装置,其 因而衰减.一般情况下,波长越大(X射线的能实验设计思想也十分巧妙:一般情况下,在从光 量越小)、吸收越大,透射率越小.但是,在透射源到接收器的光路中任意位置插入同一块吸收 率随波长增加而减少的过程中在某一波长处片,其透射率是不变的;但在该实验仪中令X 会突然增大称为“吸收边缘”.其原因是当X光经某铝块散射后由探测器在与X光入射方 射线的波长大于某值时,光子的能量小于原子向成0角的方向接收(如图6所示),则把铜吸 中电子的激发能,因而该光子不能被吸收,透射收片放在散射前或散射后测量的透射率是不同 率就突然上升了,这是原子能量量子化的生动 体现,有很丰富的物理内涵为了从实验上观察 这种现象,一般需要测量波长与透射率的关系 但该仪器难以实现连续改变波长的要求,实验 设计者采用了一块锆(Zr)片,它的吸收边缘为 68.8pm,恰巧位于产生X光的钼(Mo)的两条 特征谱线(入n=71.08pm,减g=63,09pm)之间 于是,在光源缝前加错片和不加锆片分别测量 两条X光对已知晶体(如NaCl)的衍射曲线 (如图5所示),就可以明显看到不加锆片时的 6康普顿实验 两个特征峰在加锆片后只剩一个了·即锆片对的典型的结果是,若0=145则铜片放在光缝 波长较短的有严重吸收,而对波长较长的灿后测得的透射率约为119%,铜片放在探测器 反而只有轻微吸收.这就清楚地看到了X光吸前测得的透射率约为7.1%.显然,透过率不同 收边缘的存在(这也给出了一种产生近似单色的原因只能是X光的波长改变了.当然,为了 射线的方法从教学的角度看该实验作为演进一步定量测量,还可以先测量出铜片对不同 波长的透射率,如图7所示,从图上可反推出入 射X光的波长λ和散射X光的波长λ,并可与 由康普顿公式算出的波长差△A相比较,其结 果是令人满意的,上述测量的典型结果是:A= 4.9pm将0=145°代 入康普顿公式,则有△A h(1-cos0) 70C 尽管这两个Δλ并不完全相等(如要求更精确, 图5zr吸收前后的衍射曲线 则测量时间要更长,这是一般学生实验所不允 许的),但作为解释物理现象已足够,且其方法