2022-2023学年高二物理竞赛课件：康普顿效应

康普顿效应 一、实验装置 康普顿效应 康普顿(Compton A. H., 1892-1962) 石墨散射体 入射光0 探测器 散射光 准直系统 θ 二、实验结果 实验发现: 散射的X射线中有与入射线波长 0 相同成份, 也有波长大于 >0 的散射线 波长改变量( = –0)与散射角 有关, 与0 和散射物质无关。 按经典理论 :散射波频率=入射波频率 出现了困难 三、光子理论解释康普顿效应 光子与自由电子或与原子束缚很弱的电子相碰撞 碰前: 电子: 动量=0 光子: 碰后: 电子: 光子: e 1）首次实验证实爱因斯坦提出的光子理论： 2）支持了“光量子”概念，证实了普朗克假设  = h。 3）证实了在微观的单个碰撞事件中，动量和能 量守恒定律仍然是成立的。 光 子具有质量、能量、动量。 思考: 在两种效应中, 光子与电子相碰撞时, 能量和动 量在碰撞前后的关系如何? 光电效应—光子能量与电子的束缚能同一 数量级; 光子与电子作完全非弹性碰撞。 康普顿效应—光子能量远大于电子的束缚能; 光子与电子作几乎完全弹性碰撞。 比较光电效应和康普顿效应 近代认为光具有波粒二象性 光的干涉衍射: 波动性（宏观） 光电效应康普顿效应: 粒子性（微观） 波动性和粒子性是对光的两种描述 6 基本关系式 粒子性 波动性 光，波长和频率的关系: 光子的能量，量子化 光速，静质量零，能量=动量 导出光子的动量，量子化 线性色散 7 例: X射线与静止电子作用时, 入射的X射线(0 = 0.7Å)与散射线( = 0.72Å)互相垂直。 求: 1)反冲电子动能; 2)反冲电子运动方向与入射线方向的夹角。 e 解:1) 根据能量守恒定律: 2) 根据动量守恒定律: 例: 一束射线光子的波长为6×10-3 nm, 与一个电子发生正碰, 其散射角为1800（如图12 - 10）所示。试求： （1）射线光子波长的变化？ （2）被碰电子的反冲动能是多少？ 图12 – 10光子与静止电子的碰撞 （2）入射光子的能量为 解（1）将散射角 代入康普顿散射公式（12 - 12）可求出波长的改变量： 散射光子的能量为 至于被碰电子，根据能量守恒，它所获得的动能等于入射光子与散射光子的能量之差 动量守恒 pe = 8.5×10 -23 kg·m/s θ=38°44′ e θ 12 $