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1、,第三节康普顿效应及其解释,光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难。后来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子学说,普朗克,爱因斯坦,1.光的散射,光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射,2.康普顿效应,1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。,一.康普顿散射的实验装置与规律：,晶体,光阑,探测器,0,散射波长,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
2、波长是 不会改变的！,康普顿散射曲线的特点：,1.除原波长0外出现了移向长波方向的新的散射波长。,2.新波长 随散射角的增大而增大。,散射中出现 0 的现象，称为康普顿散射。,波长的偏移为,二、经典电磁理论解释康普顿效应,根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。可以解释频率不变的一般散射。无法解释波长改变和散射角的关系。,三、光子理论对康普顿效应的解释,康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射
3、光的波长。2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。,(碰撞过程满足动量守恒和能量守恒),3.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。,三、光子理论对康普顿效应的解释,三.康普顿散射实验的意义,（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；,（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；,（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算
4、中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。,康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。,康普顿,(1892-1962)美国物理学家,康普顿效应,1927年获诺贝尔物理学奖,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，,四、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，作了大量 X 射线散射实验。,光子的能量和动量,动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的,称为电子的Compton波长,只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应
5、才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。,波长的偏移只与散射角 有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长0 无关，,c=0.0241=2.4110-3nm（实验值）,小结1,什么是康普顿效应？经典电磁理论解释康普顿效应：可以解释频率_的一般散射。无法解释波长改变和散射角的关系。光子理论对康普顿效应的解释：康普顿效应是光子和电子作_的结果若光子和外层电子相碰撞，散射光的波长_。若光子和内层电子相碰撞，碰撞前后光子波长_。波长改变和散射角有关。,弹性碰撞,不变,变长,不变,小结1,5.康普顿散射实验的意义：（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。6.光子的能量和动量7.用可见光能否观察到康普顿散射？,
