2021-2022学年高二物理竞赛课件：康普顿效应(共14张PPT).pptx

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1、康普顿效应康普顿效应 19201920年，年，美国物理学家康普顿美国物理学家康普顿研究研究了了X射线在石墨上的散射射线在石墨上的散射.163 163 康普顿效应康普顿效应(1892-1962(1892-1962）康普顿康普顿（A.H.Compton）一一 实验装置实验装置 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪晶体晶体 0散射波长散射波长,0 石墨体石墨体(散射物质散射物质)0散射曲线的三个特点：散射曲线的三个特点：1 1、除原波长、除原波长 0 0外，出现了移外，出现了移向长波方面的新的散射波长向长波方面的新的散射波长。2 2、新波长、新波长 随散射角随散射角 的增的增大而

2、增大。大而增大。3 3、当散射角增大时，原波长的、当散射角增大时，原波长的谱线强度降低，而新波长的谱线强谱线强度降低，而新波长的谱线强度升高。度升高。散射出现了散射出现了 0 0的现象，的现象，.o（A）0.7090.749 波长波长.称为称为康普顿散射。康普顿散射。二二 实验结果实验结果=2.41=2.41 1010-3-3nmnm（实验值）（实验值）只只有有当当入入射射波波长长 0 0与与 c c可可比比拟拟时时，康康普普顿顿效效应应才才显著，显著，因此要用因此要用X射线才能观察到。射线才能观察到。实验表明：实验表明：c c 称为电子的称为电子的康普顿波长康普顿波长 c c=2.41=2.

3、41 1010-2 2 新散射波长新散射波长 入射波长入射波长 0 0 波长的偏移波长的偏移 =0 0 只与散射角只与散射角 有关，有关，和和散射物质无关。散射物质无关。实验规律：实验规律：经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射一样的频率一样的频率。经典理论无法解释波长变化经典理论无法解释波长变化。三三 经典理论的困难经典理论的困难四四 量子解释量子解释 光子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞光子理论认为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：的结果，具体解释如下：若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给若光子和外层电子相碰撞，

4、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电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。入射光的波长。若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整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个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据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。碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以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。波长改变和散射角有关。光子光子电子电子 电子反冲速度很大，需用电子反冲速度很大，

5、需用相对论力学相对论力学来处理来处理.入射光子（入射光子（X 射线或射线或 射线）能量大射线）能量大 .固体表面电子束缚较弱，可视为固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子近自由电子.五五 理论分析理论分析电子电子光子光子 电子热运动能量电子热运动能量 ，可近似为，可近似为静止电子静止电子.范围为：范围为：能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒碰撞过程中能量与动量守恒碰撞过程中能量与动量守恒反冲电子质量反冲电子质量 余弦定理余弦定理 康普顿波长康普顿波长 康普顿公式康普顿公式解得：解得：=2.43=2.43 1010-3-3nmnm等于实验值等于实验值实验规律实验规律 散射光波长的改变量散射光波长的改

6、变量 仅与仅与 有关有关 康普顿公式康普顿公式讨论讨论 碰撞碰撞光子把部分能量光子把部分能量传给电子传给电子 光子的能量光子的能量 散射散射X X射线射线频率频率（波长波长）物理意义物理意义康普顿康普顿获得得19271927年年诺贝尔物理学物理学奖 p=p=/c=h/c=h /c=h/c=h/支持了支持了“光量子光量子”概念，进一步证实了概念，进一步证实了 =h=h 证证实实了了在在微微观观领领域域的的单单个个碰碰撞撞事事件件中中，动动量量和和能能量量守恒定律仍然是成立的。守恒定律仍然是成立的。首次实验证实了爱因斯坦提出的首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子光量子具有动量具有动量”的假设。的假

7、设。解（解（1）例例 波长波长 的的X射线与静止的自由电射线与静止的自由电子作弹性碰撞子作弹性碰撞,在与入射角成在与入射角成 角的方向上观察角的方向上观察,问问（2）反冲电子得到多少动能？反冲电子得到多少动能？（1）散射波长的改变量散射波长的改变量 为多少？为多少？（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？在碰撞中，光子的能量损失了多少？（2）反冲电子的动能反冲电子的动能（3）光子损失的能量反冲电子的动能光子损失的能量反冲电子的动能一一 氢原子光谱的规律性氢原子光谱的规律性 1885 1885年瑞士数学家年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律可见光部分的规律其中其中红红蓝蓝紫紫16 16 4 4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论 1890 1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式波数波数 里德伯常量里德伯常量 巴耳末公式巴耳末公式氢原子光谱规律启发人们对原子内部结构的畅想和探索氢原子光谱规律启发人们对原子内部结构的畅想和探索.