2021-2022学年高二物理竞赛康普顿效应课件.pptx

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1、康普顿效应 波波函函数数本本身身“测测不不到到，看看不不见见”，是是一一个个很很抽抽象象的的概概念念，但但是是它它的的模模方方给给我我们们展展示示了了粒粒子子在在空空间间分分布布的的图图像像，即即粒粒子子坐坐标标的的取取值值情情况况。当当测测量量粒粒子子的的某某一一力力学学量量的的取取值值时时，只只要要给给定定描描述述粒粒子子状状态态的的波波函函数数，按按照照量量子子力力学学给给出出的的一一套套方方法法就就可可以以预预言言一一次次测测量量可可能能测到哪个值，以及测到这个值的概率是多少。测到哪个值，以及测到这个值的概率是多少。对对波波恩恩的的统统计计诠诠释释是是有有争争论论的的，爱爱因因斯斯坦坦

2、就就反反对对统统计计诠诠释释。他他不不相相信信“上上帝帝玩玩掷掷骰骰子子游游戏戏”，认认为为用用波波函函数数对对物物理理实实在在的的描描述述是是不不完完备备的的，还还有有一一个个我我们们尚尚不不了了解解的的“隐隐参参数数”。虽虽然然至至今今所所有有实实验验都都证证实实统统计计诠诠释释是是正正确确的的，但但是是这这种种关关于于量量子子力力学学根根本本问问题题的的争争论论不不但但推推动动了了量量子子力力学学的的发发展展，而而且且还还为为量量子子信信息息论论等新兴学科的诞生奠定了基础。等新兴学科的诞生奠定了基础。爱因斯坦与玻尔的学术争论爱因斯坦与玻尔的学术争论19271927年年年年1010月在布鲁

3、塞尔召开了月在布鲁塞尔召开了月在布鲁塞尔召开了月在布鲁塞尔召开了第五次索尔维会议第五次索尔维会议第五次索尔维会议第五次索尔维会议爱爱爱爱因因因因斯斯斯斯坦坦坦坦洛洛洛洛仑仑仑仑兹兹兹兹普普普普朗朗朗朗克克克克波波波波恩恩恩恩玻玻玻玻尔尔尔尔德德德德布布布布罗罗罗罗意意意意居居居居里里里里夫夫夫夫人人人人朗朗朗朗之之之之万万万万康康康康普普普普顿顿顿顿狄狄狄狄拉拉拉拉克克克克布布布布拉拉拉拉格格格格薛薛薛薛定定定定谔谔谔谔海海海海森森森森伯伯伯伯泡泡泡泡利利利利汤汤汤汤姆姆姆姆孙孙孙孙德德德德拜拜拜拜费费费费斯斯斯斯特特特特埃埃埃埃伦伦伦伦 爱爱因因斯斯坦坦(充充分分表表达达内内心心信信念念)名

4、名言言：“我我不不相相信信掷掷骰骰子子的的上帝上帝,我相信客观存在的世界中的完备定律和秩序我相信客观存在的世界中的完备定律和秩序.”.”玻玻尔尔：在在量量子子力力学学中中,人人们们必必须须放放弃弃力力学学意意义义上上的的因因果果律律和和决决定定论论,而而把把几几率率性性看看成成是是本本质质的的.人人们们观观察察到到的的并并不不是是微微观观客客体体本本身身的的行行为为,而而是是从从宏宏观观仪仪器器上上呈呈现现出出来来的的实实验观测结果推断出来的结论验观测结果推断出来的结论.海森伯海森伯(W.K.Heisenberg，19011976）1927年提出年提出“测不准关系测不准关系”，为核物理学和（基

5、本）粒子物，为核物理学和（基本）粒子物理学准备了理论基础；于理学准备了理论基础；于19321932年年获得诺贝尔物理学奖获得诺贝尔物理学奖.德国理论物理学家德国理论物理学家.建立了建立了新力学理论的数学方案，为量子新力学理论的数学方案，为量子力学的创立作出了最早的贡献力学的创立作出了最早的贡献.海森伯坐标和动量的不确定关系海森伯坐标和动量的不确定关系 电子经过缝后电子经过缝后 x 方方向动量不确定向动量不确定电子的单缝衍射实验电子的单缝衍射实验 用电子衍射说明不确定关系用电子衍射说明不确定关系 一级最小衍射角一级最小衍射角 电子经过缝时的电子经过缝时的位置位置不确定不确定考虑衍射次级有考虑衍射

6、次级有 海森伯于海森伯于 1927 年提出不确定原理年提出不确定原理 对于微观粒子对于微观粒子不不能能同时同时用确定的位置和用确定的位置和确定的动量来描述确定的动量来描述.不确定关系不确定关系 对于微观粒子对于微观粒子,h 不能忽略不能忽略,x、px 不能不能同时具有确定值同时具有确定值.这样经典轨道概念失效，这样经典轨道概念失效，在在量子力学中，将用波函数来描述微观粒子量子力学中，将用波函数来描述微观粒子.不确定的根源是不确定的根源是“波粒二象性波粒二象性”这是微观这是微观粒子的根本属性粒子的根本属性.不确定关系是量子力学的基础不确定关系是量子力学的基础.康普顿效应弹性碰撞：能量和动量守恒弹

7、性碰撞：能量和动量守恒Ex 证明：自由空间中电子不能吸收光子。证明：自由空间中电子不能吸收光子。（能量和动量守恒不能同时满足）（能量和动量守恒不能同时满足）例例 康普顿效应的主要特点是：康普顿效应的主要特点是：(B)散射光的波长均与入射光相同，与散射角、散散射光的波长均与入射光相同，与散射角、散射体的性质无关射体的性质无关.(A)散射光的波长均比入射光短，且随散射角增大散射光的波长均比入射光短，且随散射角增大而减少，但与散射体的性质无关而减少，但与散射体的性质无关.(D)散射光中有些波长比入射光波长长，且随散射散射光中有些波长比入射光波长长，且随散射角增大而增大角增大而增大,有些与入射光波长相

8、同，这都与散射体有些与入射光波长相同，这都与散射体的性质无关的性质无关.(C)散射光中既有与入射光波长相同的，也有比它散射光中既有与入射光波长相同的，也有比它长和短的，这与散射体的性质有关长和短的，这与散射体的性质有关.光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此，在以下几种理解中，正确的是用过程，对此，在以下几种理解中，正确的是(A)两种效应中电子与光子两者组成的系统都服从动两种效应中电子与光子两者组成的系统都服从动量守恒和能量守恒定律。量守恒和能量守恒定律。(B)两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。两种效应都相当于电子与光子

9、的弹性碰撞过程。(C)两种效应都相当于电子对光子的吸收过程。两种效应都相当于电子对光子的吸收过程。(D)光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应则相光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应则相当于光子与电子的弹性碰撞过程。当于光子与电子的弹性碰撞过程。康普顿效应中射光波长=0.71110-10m=0.0711nm，求：（1）光子的能量；（2）光子的动量；（3）=180散射光波长；（4）反冲电子的动能。（5）反冲电子的速度。微观粒子波粒二象性（1）德布罗意波：1已知微观粒子动能为 ，求其德布罗意波长（相应频率）例例 电子显微镜中的电子从静止开始通过电势差为电子显微镜中的电子从静止开始通过电势差为U 的静电场加速后的静电场加速后,其德布罗意波长是其德布罗意波长是 ,则则U约为（约为（）(1 1)(2 2)(3 3)(4 4)例例 静止质量不为零的微观粒子作高速运动静止质量不为零的微观粒子作高速运动,这时这时粒子物质波的波长粒子物质波的波长 与速度与速度 有如下关系（有如下关系（）(2)(2)(3)(3)(4)(4)(1)(1)例：例：设氢原子的动能等于氢原子处于温度为设氢原子的动能等于氢原子处于温度为 T 的的热平衡状态时的平均动能，氢原子的质量为热平衡状态时的平均动能，氢原子的质量为 ,那那么此氢原子的德布罗意波长为么此氢原子的德布罗意波长为（A）（B）（C）（D）