粵教版選修35康普頓效應及其解釋 課件（18張）.ppt

2 3康普頓效應及其解釋 光的散射 光在介質中與物質微粒相互作用 因而傳播方向發(fā)生改變 這種現(xiàn)象叫做光的散射 康普頓效應 1923年康普頓在做x射線通過物質散射的實驗時 發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外 還有比入射線波長更長的射線 其波長的改變量與散射角有關 而與入射線波長和散射物質都無關 晶體 光闌 探測器 0 散射波長 康普頓散射的實驗裝置 稱為電子的compton波長 只有當入射波長 0與 c可比擬時 康普頓效應才顯著 因此要用x射線才能觀察到康普頓散射 用可見光觀察不到康普頓散射 入射波長較長時 主要產(chǎn)生光電效應 波長的偏移只與散射角 有關 而與散射物質種類及入射的x射線的波長 0無關 c 0 0241 2 41 10 3nm 實驗值 康普頓效應發(fā)生的條件 經(jīng)典電磁波理論的困難 根據(jù)電磁波理論 當電磁波通過物質時 物質中帶電粒子將作受迫振動 過物質時 物質中帶電粒子將作受迫振動 射光頻率應等于入射光頻率 無法解釋波長改變和散射角的關系 光子說對康普頓效應的解釋 康普頓效應是光子和電子彈性碰撞的結果若光子和外層電子相碰撞 光子有一部分能量傳給電子 散射光子的能量減少 于是散射光的波長大于入射光的波長 若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞 光子將與整個原子交換能量 由于光子質量遠小于原子質量 根據(jù)碰撞理論 碰撞前后光子能量幾乎不變 波長不變 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關 所以波長改變和散射角有關 康普頓散射實驗的意義 有力地支持了愛因斯坦 光量子 假設首次在實驗上證實了 光子具有動量 的假設 證實了在微觀世界的單個碰撞事件中 動量和能量守恒定律仍然是成立的 1925 1926年 吳有訓用銀的x射線 0 5 62nm 為入射線 以15種輕重不同的元素為散射物質 吳有訓對研究康普頓效應的貢獻 1923年 參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作 對證實康普頓效應作出了重要貢獻 在同一散射角 測量各種波長的散射光強度 作了大量x射線散射實驗 光子的動量和能量 動量能量是描述粒子的 頻率和波長則是用來描述波的 光的波粒二象性 典例2 白天的天空各處都是亮的 是大氣分子對太陽光散射的結果 美國物理學家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學獎 假設一個運動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后 電子向某一個方向運動 光子沿另一方向散射出去 則這個散射光子跟原來的光子相比a 頻率變大b 速度變小c 光子能量變大d 波長變長 思路點撥 光子與電子碰撞遵守動量與能量守恒 由此可得光子能量 再結合 e h 加以解決 標準解答 選d 光子與自由電子碰撞時 遵守動量守恒和能量守恒 自由電子碰撞前靜止 碰撞后動量 能量增加 所以光子的動量 能量減小 故c錯誤 由 e h 可知 光子頻率變小 波長變長 故a錯誤 d正確 光子速度是不變的 故b錯誤 變式訓練 光子有能量 也有動量 動量p 它也遵守動量守恒定律 如圖所示 真空中有一 形裝置 可繞通過橫桿中點的豎直軸oo 在水平面內靈活轉動 其中左邊是圓形黑紙片 吸收光子 右邊是同左邊大小 質量相同的圓形白紙片 反射光子 當用平行白光垂直紙面照射這兩個圓面時 關于裝置開始轉動的情況 俯視 下列說法中正確的是 a 順時針方向轉動b 逆時針方向轉動c 都有可能d 不會轉動 解析 選b 設入射光子的動量為p 由于黑紙