康普顿散射物质波不确定关系讲稿.ppt
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1、康普顿散射物质波不康普顿散射物质波不确定关系确定关系第一页,讲稿共三十四页哦 石石墨墨X射线射线入射光入射光 波长波长 散射光散射光 波长波长 探测器探测器探测器探测器第二页,讲稿共三十四页哦二二二二 实验结果实验结果实验结果实验结果(波长)(波长)(相对强度)(相对强度)1.在散射在散射X 射线中除有与入射波长射线中除有与入射波长相同的射线外,还有波长比入射波相同的射线外,还有波长比入射波长更长的射线长更长的射线.2.波长的增加量波长的增加量 与散射角与散射角 有关。有关。3.当散射角当散射角 确定时,波长的确定时,波长的增加量增加量 与散射物质的性质与散射物质的性质无关。无关。4.散射的强
2、度与散射物质有关。原子散射的强度与散射物质有关。原子量小的散射较强,即正常峰较低。反量小的散射较强,即正常峰较低。反之相反。之相反。第三页,讲稿共三十四页哦 经典电磁理论预言,散射辐射具有和入射辐射一样的频率经典电磁理论预言,散射辐射具有和入射辐射一样的频率.经经典理论无法解释波长变化典理论无法解释波长变化.三三三三 经典理论的困难经典理论的困难经典理论的困难经典理论的困难第四页,讲稿共三十四页哦光子光子电子电子(1 1)物理模型物理模型四四 量子解释量子解释电子电子光子光子 电子反冲速度很大,需用电子反冲速度很大,需用相对论动力学相对论动力学来处理来处理.入射光子(入射光子(X 射线或射线或
3、 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.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:第五页,讲稿共三十四页哦(2)理论分析理论分析能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒:(1)(1)动量守恒动量守恒:(2)(2)第六页,讲稿共三十四页哦(1)(1)(1)2(3)(2)(2)(2)2(4)(3)(4):第七页,讲稿共三十四页哦 康普顿波长康普顿波长 康普顿公式康普顿公式实验总结的结果实验总结的结果:可见:实验与理论结果符合的相当好!可见:实验与理论
4、结果符合的相当好!可见:实验与理论结果符合的相当好!可见:实验与理论结果符合的相当好!第八页,讲稿共三十四页哦 散射光波长的改变量散射光波长的改变量 仅与仅与 有关有关 散射光子能量减小散射光子能量减小康普顿公式康普顿公式(3)结论结论第九页,讲稿共三十四页哦康普顿散射进一步证实了光子论,证明了光子能量、动量表示式的正确性,光确实具有波康普顿散射进一步证实了光子论,证明了光子能量、动量表示式的正确性,光确实具有波粒两象性。另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律。粒两象性。另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律。应用光子概念解释康普顿散射应用光子概念解释康普顿
5、散射:(1)一个光子与散射物中一个自由电子或束缚较弱的电)一个光子与散射物中一个自由电子或束缚较弱的电 子发生碰撞后,光子将沿某一方向散射,即康普顿子发生碰撞后,光子将沿某一方向散射,即康普顿 散射的方向。在碰撞时,光子的一部分能量传给电散射的方向。在碰撞时,光子的一部分能量传给电 子,所以散射光子的能量比入射光子的能量小,即子,所以散射光子的能量比入射光子的能量小,即 散射光波的波长要比入射光波的波长大。散射光波的波长要比入射光波的波长大。(2)若光子与原子中束缚很强的电子碰撞,由于整个原)若光子与原子中束缚很强的电子碰撞,由于整个原 子的质量比光子大得多,光子的能量没有显著变化子的质量比光
6、子大得多,光子的能量没有显著变化 所以散射光的频率没有显著变化,即散射光波的波所以散射光的频率没有显著变化,即散射光波的波 长与入射光波的波长相等。长与入射光波的波长相等。第十页,讲稿共三十四页哦例例1 波长波长 的的X射线与静止的自由电子作射线与静止的自由电子作弹性碰撞弹性碰撞,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?解(解(1)(2)反冲电子的动能反冲电子的动能(能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒)
7、(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第十一页,讲稿共三十四页哦例例2 在康普顿散射中,入射光的波长为在康普顿散射中,入射光的波长为0.030,反冲电子速度为反冲电子速度为c60%.求:散射光子的波长及散射角。求:散射光子的波长及散射角。因光子与电子碰撞时能量守恒,所以电子获得的动能为因光子与电子碰撞时能量守恒,所以电子获得的动能为解:由已知,入射光的能量解:由已知,入射光的能量 ,散射光子,散射光子 的能量的能量 而由相对论:而由相对论:第十二页,讲稿共三十四页哦其中:其中:第十三页,讲稿共三十四页哦例例3、一个静止电子与一能量为、一个静止电子与一能量为4.0103e
8、V的光子碰撞后,的光子碰撞后,它它 能获得的最大动能是多少?能获得的最大动能是多少?解:当光子与电子正碰而折回时,能量损失最大,解:当光子与电子正碰而折回时,能量损失最大,这时光子的波长为:这时光子的波长为:能量为:能量为:碰后电子获得的能量:碰后电子获得的能量:第十四页,讲稿共三十四页哦 思想方法思想方法 自然界在许多方面都是自然界在许多方面都是明显地对称的,他采用类比的方法提出明显地对称的,他采用类比的方法提出物质波的假设物质波的假设.“整个世纪以来,在辐射理论上,比起波动的研究方法来,整个世纪以来,在辐射理论上,比起波动的研究方法来,是过于忽略了粒子的研究方法;是过于忽略了粒子的研究方法
9、;在实物理论上,是否发生了相在实物理论上,是否发生了相反的错误呢反的错误呢?是不是我们关于是不是我们关于粒子粒子的图象想得太多的图象想得太多 ,而,而过分地忽略了波的图象呢?过分地忽略了波的图象呢?”法国物理学家德布罗意法国物理学家德布罗意(Louis Victor de Broglie 1892 1987)第十五页,讲稿共三十四页哦 4 4 德布罗意物质波理论德布罗意物质波理论德布罗意物质波理论德布罗意物质波理论1 1、经典物理学中的波与粒子、经典物理学中的波与粒子、经典物理学中的波与粒子、经典物理学中的波与粒子理想粒子:理想粒子:理想粒子:理想粒子:原则上可精确地确定它的质量、动量和电荷,
10、且原则上可精确地确定它的质量、动量和电荷,且 在一定条件下可视为质点。对于质点,只要初始在一定条件下可视为质点。对于质点,只要初始 的位移、速度及受力状态已知,原则上可用牛顿的位移、速度及受力状态已知,原则上可用牛顿 力学描述它未来的受力情况及运动状态。力学描述它未来的受力情况及运动状态。波:波:波:波:其特征量为其特征量为 和和,对一给定波源来说,其发出的,对一给定波源来说,其发出的 波原则上,频率和波长都可被精确测定。波原则上,频率和波长都可被精确测定。第十六页,讲稿共三十四页哦 1672年牛顿提出光的微粒说年牛顿提出光的微粒说 1678年惠更斯提出了光是纵向波动年惠更斯提出了光是纵向波动
11、 19世纪初在菲涅耳、夫琅和费、杨氏等人观察到世纪初在菲涅耳、夫琅和费、杨氏等人观察到 光的干涉实验后,波动学说被人们普遍承认。光的干涉实验后,波动学说被人们普遍承认。19世纪末麦克斯韦、赫兹进一步肯定光为电磁波世纪末麦克斯韦、赫兹进一步肯定光为电磁波 20世纪初随着一些新的现象相继出现,且经典理世纪初随着一些新的现象相继出现,且经典理 论无法解释,随之诞生了一些新的理论。论无法解释,随之诞生了一些新的理论。1905年提出光量子假说,提出了光具有波粒二象性年提出光量子假说,提出了光具有波粒二象性 1923年康普顿实验既是光的波粒二象性的最好证明年康普顿实验既是光的波粒二象性的最好证明 1924
12、年德布罗意将光的波粒二象性推广到实物粒子年德布罗意将光的波粒二象性推广到实物粒子2 2、光的波、光的波、光的波、光的波 粒二象性粒二象性粒二象性粒二象性第十七页,讲稿共三十四页哦3 3、德布罗意物质波德布罗意物质波德布罗意物质波德布罗意物质波1924年提出:任何物体都伴随以波,而且不可能年提出:任何物体都伴随以波,而且不可能 将物体的运动和波的传播分开。将物体的运动和波的传播分开。他指出:实物粒子也有他指出:实物粒子也有著名的著名的德布罗意关系式德布罗意关系式:他认为:对所有的实物粒子,无论其静止质量是否为零都成他认为:对所有的实物粒子,无论其静止质量是否为零都成 立。即实物粒子即可用立。即实
13、物粒子即可用P、E来描述,也可用来描述,也可用、来描述,有时粒子性突出,有时波动性突出,这既来描述,有时粒子性突出,有时波动性突出,这既 是实物粒子的波粒二象性。是实物粒子的波粒二象性。第十八页,讲稿共三十四页哦 在宏观上,如飞行的子弹在宏观上,如飞行的子弹m=10-2Kg,速度,速度V=5.0 102m/s对应的德布罗意波长为:对应的德布罗意波长为:在微观上,如电子在微观上,如电子m=9.1 10-31Kg,速度,速度V=5.0 107m/s,对应的德布罗意波长为:对应的德布罗意波长为:注注注注 意意意意若若 则则 2)宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测)宏观物体的德布罗意波长小到实验难以
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