粵教版選修35康普頓效應(yīng)及其解釋 課件（18張）.ppt

2 3康普頓效應(yīng)及其解釋 光的散射 光在介質(zhì)中與物質(zhì)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(yīng) 1923年康普頓在做x射線通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí) 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(guān) 而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān) 晶體 光闌 探測器 0 散射波長 康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置 稱為電子的compton波長 只有當(dāng)入射波長 0與 c可比擬時(shí) 康普頓效應(yīng)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(shí) 主要產(chǎn)生光電效應(yīng) 波長的偏移只與散射角 有關(guān) 而與散射物質(zhì)種類及入射的x射線的波長 0無關(guān) c 0 0241 2 41 10 3nm 實(shí)驗(yàn)值 康普頓效應(yīng)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(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí) 物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng) 過物質(zhì)時(shí) 物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng) 射光頻率應(yīng)等于入射光頻率 無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系 光子說對康普頓效應(yīng)的解釋 康普頓效應(yīng)是光子和電子彈性碰撞的結(jié)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(nèi)層電子相碰撞 光子將與整個(gè)原子交換能量 由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)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?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān) 所以波長改變和散射角有關(guān) 康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義 有力地支持了愛因斯坦 光量子 假設(shè)首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了 光子具有動(dòng)量 的假設(shè) 證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中 動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的 1925 1926年 吳有訓(xùn)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(zhì) 吳有訓(xùn)對研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn) 1923年 參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作 對證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn) 在同一散射角 測量各種波長的散射光強(qiáng)度 作了大量x射線散射實(shí)驗(yàn) 光子的動(dòng)量和能量 動(dòng)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(jié)果 美國物理學(xué)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(xué)獎(jiǎng) 假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后 電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) 光子沿另一方向散射出去 則這個(gè)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(diǎn)撥 光子與電子碰撞遵守動(dòng)量與能量守恒 由此可得光子能量 再結(jié)合 e h 加以解決 標(biāo)準(zhǔn)解答 選d 光子與自由電子碰撞時(shí) 遵守動(dòng)量守恒和能量守恒 自由電子碰撞前靜止 碰撞后動(dòng)量 能量增加 所以光子的動(dòng)量 能量減小 故c錯(cuò)誤 由 e h 可知 光子頻率變小 波長變長 故a錯(cuò)誤 d正確 光子速度是不變的 故b錯(cuò)誤 變式訓(xùn)練 光子有能量 也有動(dòng)量 動(dòng)量p 它也遵守動(dòng)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(diǎn)的豎直軸oo 在水平面內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動(dòng) 其中左邊是圓形黑紙片 吸收光子 右邊是同左邊大小 質(zhì)量相同的圓形白紙片 反射光子 當(dāng)用平行白光垂直紙面照射這兩個(gè)圓面時(shí) 關(guān)于裝置開始轉(zhuǎn)動(dòng)的情況 俯視 下列說法中正確的是 a 順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)b 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)c 都有可能d 不會轉(zhuǎn)動(dòng) 解析 選b 設(shè)入射光子的動(dòng)量為p 由于黑紙