《大学物理》课程PPT教学课件：第五篇 量子现象和量子规律 第十六章 场的量子性 §16.2 爱因斯坦光子理论（2/2）§16.3 氢原子光谱、玻尔理论

2.经典物理遇到的困难 根据经典电磁波理论,当电磁浪通过物质时,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:A=0 电磁波为横波,在φ=90°方向无散射波 经典物理无法解释康普顿效应 3.用光子论解释康普顿效应 (1)基本思想 X射线(光孑流)与散射物质相互作用情况与散 射物质种类无关 光子,相互作用电子

2. 经典物理遇到的困难 经典物理无法解释康普顿效应. • 电磁波为横波， 在 = 90o 方向无散射波 • 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，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:  = 0 3.用光子论解释康普顿效应 (1) 基本思想  X射线（光子流）与散射物质相互作用情况与散 射物质种类无关  光子 电子 相互作用

弹性碰撞 典型情况非弹性碰撞 完全非弹性碰撞 *光子、电子均视为“点粒子”,所以不考虑一般 非弹性碰撞 完全非弹性碰撞: 光子被电子吸收,电子能量增加,当电子能量足够大 时,成为光电子逸出。 即光电效应

• 完全非弹性碰撞： 光子被电子吸收，电子能量增加,当电子能量足够大 时，成为光电子逸出。 即光电效应 * 光子、电子均视为“点粒子”，所以不考虑一般 非弹性碰撞 典型情况 完全非弹性碰撞 弹性碰撞 非弹性碰撞

弹性碰撞 光子,内层电子束缚强光子,原子 nK<M光子能量不变△=0瑞利散射 光子,外层电子束缚弱光子,自由电子 光子能量减少w↓,九个 康普顿散射 电子反冲 原子量越小物质发生第二种碰撞概率越大,康普顿 效应显著

• 弹性碰撞 束缚强 光子 原子 m<<M 光子能量不变  = 0 瑞利散射 光子 内层电子 光子 外层电子 束缚弱 光子 自由电子 光子能量减少 电子反冲  ,  康普顿散射 原子量越小物质发生第二种碰撞概率越大，康普顿 效应显著

(2)定量计算 *光子能量>>自由电子热运动能量 能量守恒 光子弹性碰撞静止自由电子 动量守恒 h PI 撞前 撞后 光子E1=hv hc h hc h , P1 Er 电子E2=mC P2=0 E,=mc p,=mv

(2)定量计算 * 光子能量>>自由电子热运动能量 光子 弹性碰撞 静止自由电子 能量守恒 动量守恒  0 0 1 n h p    = n h p    1  = p mv    2 = h 0 n0  h n  m v  光子 电子 撞 前 撞 后 o o o o h p hc E1 h , 1 n     =  = =  hc E1  = 1 n    h p = 2 2 E m co = 0 p2 =  2 E2  = mc    p 2 = m

建立方程 c c 白能量守恒: nnc 动量守恒:hh n =n+y . 余弦定理: h Jo CoS P 质速关系: h p2 =v

建立方程 动量守恒：       m h h o no = n + 由能量守恒： 2 2 mc hc m c hc o o + = +   质速关系： 2 0 1 ( ) c m m  − = 余弦定理：       ( ) ( ) 2 cos 0 2 2 2 0 2 2 h h h m = + −  0 0 1 n h p    = n h p    1  = p mv    2 =