量子物理.3.ppt

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1、同学们好！同学们好！吸收系数吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量光子能量(MeV)光光电电效效应应康普顿效应康普顿效应电子偶效应电子偶效应 普朗克能量子理论普朗克能量子理论 爱因斯坦光量子理论爱因斯坦光量子理论上讲内容：上讲内容：光与物质相互作用的基本形式光与物质相互作用的基本形式:光电效应光电效应光子论的提出光子论的提出康普顿效应康普顿效应电子偶效应电子偶效应光子论的应用和检验光子论的应用和检验*爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论 光是以光速运动的光子流光是以光速运动的光子流 每个光子能量和动量每个光子能量和动量 光强即光的能流密度光强即光的能

2、流密度N:单位时间通过垂直于单位时间通过垂直于单位面积的光子个数单位面积的光子个数 17-3 康普顿效应康普顿效应 1.实验规律实验规律实验装置示意图实验装置示意图:X光被石墨散射光被石墨散射X 射线管射线管石墨体石墨体 X射射线线谱谱仪仪晶体晶体 实验规律：实验规律：散射光散射光波长改变量波长改变量原子量越小的物质，康普顿效应越显著原子量越小的物质，康普顿效应越显著康普顿散射与散射角的关系康普顿散射与散射角的关系相相对对强强度度0.700 0.750()同一散射角下同一散射角下 随散射物质的变化随散射物质的变化经典物理经典物理无法解释无法解释康普顿效应。康普顿效应。2.经典物理遇到的困难经典

3、物理遇到的困难 电磁波为横波，电磁波为横波，根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中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以它所发射的散射光频率应等于入射光频率:3.用光子论解释康普顿效应用光子论解释康普顿效应 基本思想基本思想X射线（光子流）与散射物质相互作用情况与射线（光子流）与散射物质相互作用情况与散射物质种类无关散射物质种类无关光子光子电子电子相互作用相互作用 完全非弹性碰撞：完全非弹性碰撞：光子被电子吸收，电子能量增加光子被电子吸收，电子能量

4、增加,当电子能当电子能量足够大时，成为光电子逸出。量足够大时，成为光电子逸出。即光电效应即光电效应*光子、电子均视为光子、电子均视为“点粒子点粒子”，所以不考虑一般，所以不考虑一般 非弹性碰撞非弹性碰撞典型情况典型情况完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞弹性碰撞弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞 弹性碰撞弹性碰撞光子光子内层电子内层电子束缚强束缚强光子光子原子原子m自由电子热运动能量自由电子热运动能量光子光子静止自由电子静止自由电子弹性碰撞弹性碰撞能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒光子光子电子电子撞撞 前前撞撞 后后动量守恒：动量守恒：由能量守恒：由能量守恒：质速关系：质速关系：余弦定理：余弦定理：建立方程建

5、立方程求解得：求解得：令令电子的康普顿波长电子的康普顿波长 证明了爱因斯坦光子理论的正确性证明了爱因斯坦光子理论的正确性 证明了能量守恒、动量守恒定律的普适性证明了能量守恒、动量守恒定律的普适性 证明相对论效应在宏观、微观均存在证明相对论效应在宏观、微观均存在理论结果与实验相符理论结果与实验相符练习：练习：解：解：波长改变量相同波长改变量相同对紫光对紫光入射光能量较低入射光能量较低时，康普顿效应不显著，将主要时，康普顿效应不显著，将主要观察到光电效应观察到光电效应发生康普顿效应与光电效应的概率发生康普顿效应与光电效应的概率吸收系数吸收系数(cmcm-1-1)10-310-210-1100101

6、10-210-1100光子能量光子能量(MeV)光光电电效效应应康普顿效应康普顿效应解：解：1)2)反冲电子动能即光子损失的能量反冲电子动能即光子损失的能量练习练习观测到的散射光波长多少观测到的散射光波长多少？反冲电子的动能、动量为多少？反冲电子的动能、动量为多少？由动量守恒定律：由动量守恒定律：3)反冲电子动量反冲电子动量解得解得xyo三三、电子偶效应电子偶效应光与物质相互作光与物质相互作用的基本形式用的基本形式光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应电子偶效应电子偶效应1.高能光子与重元素原子核相撞，转变为电子偶高能光子与重元素原子核相撞，转变为电子偶实验实验能量守恒能量守恒（忽略重原子核反冲

7、动能）（忽略重原子核反冲动能）条件：条件：2.正负电子相遇时湮灭、产生两个光子正负电子相遇时湮灭、产生两个光子实验：实验：能量守恒：能量守恒：若若则则P.151：美国美国 柯温、赖因斯柯温、赖因斯 用电子偶湮灭过程成功证实中微子的存在用电子偶湮灭过程成功证实中微子的存在1995年诺贝尔物理奖：年诺贝尔物理奖：介绍介绍*表表17.22 光与物质三种相互作用比较光与物质三种相互作用比较光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应电子偶效应电子偶效应光子光子产生产生湮灭湮灭可见光、可见光、紫外线紫外线软软 X 射线射线硬硬 X 射线、射线、射线射线物质物质粒子粒子束缚电子束缚电子自由电子、自由电子、弱束缚电子弱束缚电子重原子核重原子核自由正负自由正负电子电子物理物理过程过程完全非弹性完全非弹性碰撞；碰撞；光子被吸收，光子被吸收，电子逸出。电子逸出。弹性碰撞；弹性碰撞；光子被散射，光子被散射，电子反冲电子反冲光子转化为光子转化为电子偶电子偶电子偶转化电子偶转化为光子对为光子对吸收系数吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量光子能量(MeV)光光电电效效应应康普顿效应康普顿效应电子偶效应电子偶效应微观粒子的波粒二相性LINK不确定度关系LINK波函数，薛定谔方程LINK隧道效应CH17.8XX.ppt 演示文稿固体能带理论CH17.12XX.PPT