2022-2023学年高二物理竞赛课件：光子理论对康普顿效应的解释

光子理论对康普顿效应的解释 光子理论对康普顿效应的解释 高能光子和低能自由电子作弹性碰撞的结果。 1、若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子, 光子的能量减少，因此波长变长，频率变低。 3、若光子和内层电子相碰撞时，碰撞前后光子能量几乎不变，故波长有不变的成分。 2、因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。 4、随散射物质原子序数的增加，波长不变的散射光强度增加，而波长变长的散射光强度减小，这是因为当原子序数增加时，内层束缚电子数相对增加，而外层电子数相对减少。 三、康普顿效应的定量分析 Y X Y X （1）碰撞前 （2）碰撞后 （3）动量守恒 X 碰撞前，电子平均动能（约百分之几eV），与入射的X射线光子的能量（104~105eV）相比可忽略，电子可看作静止的。 由能量守恒: 康普顿散射公式 X 由动量守恒: 此式说明：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。 电子的康普顿波长 Å 康普顿散射的意义 A.证明了光的波粒二像性, B.证明了在基本粒子相互作用中能量守恒,动量守恒仍成立。 =0.25moc2 (2)又   = 0.0434Å 由 得：  =63.4° 例 将波长o =0.03Å的X射线投射到石墨上, 测得反冲电子的速度ν=0.6c, 求: (1)电子因散射而获得的能量是静能的几倍? (2)散射光子的波长=?散射角 =? 解 (1)电子因散射而获得的能量: 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . φ=0 O (a) (b) (c) (d) o 相 对 强 度 （A） 0.700 0.750 λ 波长 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . φ=0 φ=45 O O (a) (b) (c) (d) 相 对 强 度 （A） 0.700 0.750 λ 波长 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . φ=0 φ=45 φ=90 O O O (a) (b) (c) (d) 相 对 强 度 （A） 0.700 0.750 λ 波长 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . φ=0 φ=45 φ=90 φ=135 O O O O (a) (b) (c) (d) o 相 对 强 度 （A） 0.700 0.750 λ 波长 石 墨 的 康 普 顿 效 应 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (a) (b) (c) (d)  (埃) 0.700 0.750 1.散射X射线的波长中有两个峰值 与散射角有关 3.不同散射物质，在同一散射角下波长的改变相同。 4. 波长为的散射光强度随散射物质原子序数的增加而减小。 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 根据经典电磁波理论，当电磁波通过散射物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 无法解释波长改变和散射角的关系。 $