早期量子论(康普顿效应-玻尔量子论)概述.ppt
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1、3 康普顿效应康普顿效应 一、实验规律一、实验规律 二、二、Compton 的解释的解释 三、吴有训对研究康普顿效应的贡献三、吴有训对研究康普顿效应的贡献1晶体晶体 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 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j一、实验规律一、实验规律1922-231922-23年年 康普顿研究了康普顿研究了X射线在石墨上的散射射线在石墨上的散射 0散射波长散射波长 2 散射中出现散射中出现 0 的现象的现象 称为称为康普顿散射康普顿散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o(A)0.7000.750波长波长.3=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o(
2、A)0.7000.750波长波长.散射曲线的三个特点散射曲线的三个特点:1.除原波长除原波长 0外外出现了移出现了移向向长波长波方面的方面的新新的散射波的散射波长长 2.新波长新波长 随散射角的增随散射角的增大而增大大而增大 3.当当散射角增大散射角增大时时 原波长原波长的谱线强度的谱线强度降低降低 而而新波长新波长的的谱线强度谱线强度升高升高4称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长 0与与 c可可比比拟拟时时 康康普普顿顿效效应应才显著才显著 因此要用因此要用X射线才能观察到射线才能观察到波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角 有关有关 c=0.0241=2
3、.41 10-3nm(实验值实验值)5经典理论又一次遇到困难经典理论又一次遇到困难 经典散射理论:经典散射理论:当波长当波长 0 0的射线入射后的射线入射后 使电偶极子使电偶极子受迫振动受迫振动 发出散射波的波长在发出散射波的波长在各方各方均是均是 0 0 康普顿采用了爱因斯坦的康普顿采用了爱因斯坦的光量子光量子假说假说 成功成功地解释了实验现象地解释了实验现象 进一步证明了光量子假说的正确性进一步证明了光量子假说的正确性 6 二、二、Compton 的解释的解释 1.物理图像物理图像 单个光子与单个电子发生弹性碰撞单个光子与单个电子发生弹性碰撞 设入射光子能量为设入射光子能量为 h 0 散射
4、光子能量为散射光子能量为h 被碰电子可以看作是被碰电子可以看作是自由电子自由电子 碰前静止碰前静止 电子功函数量级几个电子功函数量级几个 eV 电子热运动平均能量量级电子热运动平均能量量级10-2 eV 与光子能量与光子能量10 KeV 相比相比 都很小都很小自由自由静止静止7yex电子电子静止静止yx散射散射光子光子反冲反冲电子电子82.Compton 散射公式散射公式 康普顿康普顿假设假设:碰撞过程碰撞过程 遵守遵守能量能量守恒定律和守恒定律和动量动量守恒定律守恒定律利用相对论能量与动量关系利用相对论能量与动量关系得出结果得出结果反冲电子反冲电子散射光子散射光子9电子的电子的Compton
5、波长波长反冲电子反冲电子散射光子散射光子波长改变最大波长改变最大实验值实验值 c=0.0241 =2.41 10-3nm10解释在散射线中还有原波长的成分解释在散射线中还有原波长的成分如果光子与石墨中被原子核束缚得很紧的电如果光子与石墨中被原子核束缚得很紧的电子发生碰撞(内层电子)子发生碰撞(内层电子)这样这样 散射光的能量散射光的能量(波长波长)几乎不改变几乎不改变从而散射线中还有与从而散射线中还有与原波长原波长相同的射线相同的射线原子序数愈大的散射体原波长的成分愈多原子序数愈大的散射体原波长的成分愈多相当于光子和相当于光子和整个原子整个原子碰撞(碰撞(m0是原子质量)是原子质量)113.康
6、普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义l支持了支持了“光量子光量子”概念概念 进一步证实了进一步证实了l首次在实验上证实了爱因斯坦提出的首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量光量子具有动量”的假设的假设l证实了证实了在微观的单个碰撞事件中在微观的单个碰撞事件中 动量和能量守恒定律仍然成立动量和能量守恒定律仍然成立康普顿康普顿获得获得1927年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖P=E/c=h/c=h/=h 12 康普顿康普顿(A.H.Compton)美国人美国人(1892-1962)康普顿康普顿在做康普顿散射实验在做康普顿散射实验13 19251926年年 吴有训用银的吴有训用银的X射线射
7、线(0=5.62nm)为入射线为入射线 以以15种轻重不同的元素为散射物质种轻重不同的元素为散射物质三、吴有训对研究康普顿效应的贡献三、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年 参加了发现康普顿效应的研究工作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对证实康普顿效应作出了重要贡献在同一散射角在同一散射角()测量各种波长的散射测量各种波长的散射光光强度强度 做了大量做了大量 X 射线散射实验射线散射实验141.与散射物质无关与散射物质无关 仅与散射角有关仅与散射角有关曲线表明曲线表明 轻元素轻元素重元素重元素2.吴有训吴有训的康普的康普顿效应顿效应散射实散射实验曲线验曲线15
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- 早期 量子论 康普顿 效应 概述
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