15-3 康普顿效应

第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版11920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.第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版2一实验装置第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版3二实验结果04590135（相对强度）（波长）I001波长的偏移()与散射角有关.02与散射物体无关.第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版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.第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版51物理模型入射光子（X射线或射线）能量大.四量子解释eV10~1054hE范围为：000vxy光子电子xy电子光子第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版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00vxy光子电子xy电子光子第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版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.第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版83定量计算xy00echechvme0evmechech00动量守恒2200mchcmhv能量守恒cos2202222220222chchchmv第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版9cos2202222220222chchchmv)(2)cos1(2)1(020024202242hcmhcmccmv)cos1(00cmhcc2/1220)/1(cmmv0第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版10康普顿波长m1043.2120Ccmh2sin2)cos1(200cmhcmh康普顿公式)cos1()cos1(C0cmh第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版11散射光波长的改变量仅与有关.0,0Cmax2)(,π散射光子能量减小00,4结论xy00echechvme0e第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版125讨论若则，可见光观察不到康普顿效应.C00光具有波粒二象性一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著.第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版13与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.散射中的散射光是因光子与紧束缚电子的作用.原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显.0第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版146物理意义光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性.微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版15例1波长的X射线与静止的自由电子作弹性碰撞，在与入射角成角的方向上观察，问：m101.00-10090（2）反冲电子得到多少动能？（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？（1）散射波长的改变量为多少？第十五章量子物理15-3康普顿效应物理学第五版16（1）)cos1(CCC)90cos1(eV295)1(000202khchchccmmcEm1043.212（2）反冲电子的动能（3）光子损失的能量＝反冲电子的动能解