815-2光的量子性康普顿效应康普顿效应（康普顿散射）：1922-1923年康普顿研究了X射线被较轻物质（石墨、石蜡等）散射后X光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原入射X波长相同的成分外，还有波长较长的成分。康普顿效应进一步证实了光的量子性。1.实验装置：散射角：散射方向与入射方向的夹角。散射物质铅板X射线源探测器节口录上一页章录下一页
章目录 节目录 上一页 下一页 16 §15-2 光的量子性 二、康普顿效应 1．实验装置： 康普顿效应（康普顿散射）：1922-1923年康普顿研 究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后X光的 成分，发现散射谱线中除了有波长与原入射X波长 相同的成分外，还有波长较长的成分。 康普顿效应进一步证实了光的量子性。 散射 物质 X射线源 铅板 探测器 + − 散射角：散射方向与 入射方向的夹角
S15-2光的量子性原子序数碳C2．实验规律Z=60A在散射的X射线中，除有波长与入射射线相同的成分外，还有波长较长的成分。原子序数45同一散射物质：1）不同散射角，波长的偏移量不同，依赖关系=16为：目2hhsinp4元=元-20=--cos@=290-:92mecmec不同散射物质：2）表明波长偏移量不依赖于散射物质。腰子26135°不同散射物质：3）原子量较小的，康普顿散射较强，原子量大?的物质康普顿散射较弱。节口录章口录上一页下一页
章目录 节目录 上一页 下一页 17 §15-2 光的量子性 2．实验规律 2 sin 2 (1 cos ) 2 m c h m c h e e = − 0 = − 在散射的X射线中，除有波长与入射射线相同的成分外，还 有波长较长的成分。 同一散射物质：1）不同散射角，波长的偏移量不同，依赖关系 为： 不同散射物质：3）原子量较小的，康普顿散射较强，原子量大 的物质康普顿散射较弱。 不同散射物质：2）表明波长偏移量不依赖于散射物质。 = 0 = 45 = 90 = 135 0 I 0
815-2光的量子性3.理论解释：光量子理论经典电磁理论的困难>SkSKc2=V困难：经典电磁理论无法解释波长变长现象。康普顿的解释：理论模型1）光子和静止自由电子的弹性碰撞模型：碰撞中能量、动量守恒。2）近似为自由电子：外层电子束缚能远低于光子能量。3）近似为静止电子：电子热运动能量远低于光子能量。节口录章口录上一页下一页
章目录 节目录 上一页 下一页 18 §15-2 光的量子性 3．理论解释：光量子理论 经典电磁理论的困难 e 困难：经典电磁理论无法解释波长变长现象。 c = 康普顿的解释：理论模型 1）光子和静止自由电子的弹性碰撞模型：碰撞中能量、动量守恒。 2）近似为自由电子：外层电子束缚能远低于光子能量。 3）近似为静止电子：电子热运动能量远低于光子能量
815-2光的量子性hvY碰撞前康普顿的解释：定量推导hvmoc2hVo2=hv+mc?能量守恒：hvo+mocXhvoeohvhVo动量守恒：0e+mo0ccCmumc碰撞后h2hsin?gAa=-aocos@康普顿散射公式2mocmoc6.63×10-34I9.11x10-31×3×108 m= 2.43x10-12mac康普顿波长：moc节口录章口录上一页下一页
章目录 节目录 上一页 下一页 19 §15-2 光的量子性 康普顿的解释：定量推导 h 0 Y h X h e c 0 0 h e c mc2 2 m0 c 碰撞前 碰撞后 e 0 2 2 能量守恒: h 0 + m0 c = h + mc v e m c h e c h = + 0 动量守恒: 0 m 康普顿波长： m m m c h c 1 2 3 1 8 3 4 0 2.4 3 1 0 9.1 1 1 0 3 1 0 6.6 3 1 0 − − − = = = 康普顿散射公式： 2 sin 2 (1 cos ) 2 0 0 0 m c h m c h = − = − =
S15-2光的量子性4.对实验结果的解释：a = - ao = Ac(1 -cosp) = 2ac sir? 2同一散射物质：1）不同散射角，波长的偏移量不同，依赖关系与实验一致。不同散射物质：2）因与电子发生作用，故波长偏移量不依赖于散射物质。不同散射物质：3）原子量较小的，康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱原子量大：自由电子数相对较少，束缚电子数相对较多。光子与自由电子碰撞的概率减小，与原子实碰撞的概率增加。散射线中波长变长的成分相对减少；波长不变的成分相对增加。节口录章口录上一页下一页
章目录 节目录 上一页 下一页 20 §15-2 光的量子性 4. 对实验结果的解释： 同一散射物质：1）不同散射角，波长的偏移量不同，依赖关系与实验一致。 不同散射物质：3）原子量较小的，康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱。 不同散射物质：2）因与电子发生作用，故波长偏移量不依赖于散射物质。 原子量大：自由电子数相对较少，束缚电子数相对较多。光子与自由电子碰撞的概 率减小，与原子实碰撞的概率增加。散射线中波长变长的成分相对减少；波长不变 的成分相对增加。 2 (1 cos ) 2 sin2 0 = − = c − = c