普通物理學(xué)康普頓效應(yīng)第1頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓實驗裝置示意圖第2頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓實驗裝置示意圖X射線管φ第3頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓實驗裝置示意圖X射線管石墨體φ第4頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓實驗裝置示意圖X射線管石墨體φ晶體第5頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓實驗裝置示意圖X射線管石墨體X射線譜儀φ晶體第6頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五石墨的康普頓效應(yīng).................φ=0O(a)(b)(c)(d)o相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長第7頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五石墨的康普頓效應(yīng)...................................φ=0φ=45OO(a)(b)(c)(d)相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長第8頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五石墨的康普頓效應(yīng).........................................................φ=0φ=45φ=90OOO(a)(b)(c)(d)相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長第9頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五石墨的康普頓效應(yīng)........................................................................................φ=0φ=45φ=90φ=135OOOO(a)(b)(c)(d)o相對強(qiáng)度（A）0.7000.750λ波長第10頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓實驗指出第11頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

散射光中除了和入射光波長λ0

相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長λ大于λ0

的新的射線。

康普頓實驗指出第12頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

散射光中除了和入射光波長λ0

相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長λ大于λ0

的新的射線。我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：

康普頓實驗指出第13頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

散射光中除了和入射光波長λ0

相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長λ大于λ0

的新的射線。我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：

1.原子量小的物質(zhì)康普頓散射較強(qiáng)，原子量大的物質(zhì)康普頓散射較弱；

康普頓實驗指出第14頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

散射光中除了和入射光波長λ0

相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長λ大于λ0

的新的射線。我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：

1.原子量小的物質(zhì)康普頓散射較強(qiáng)，原子量大的物質(zhì)康普頓散射較弱；

2.當(dāng)散射角φ

增加時，波長改變康普頓實驗指出也隨著增加；λ0λ第15頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

散射光中除了和入射光波長λ0

相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長λ大于λ0

的新的射線。我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研究中還發(fā)現(xiàn)：

1.原子量小的物質(zhì)康普頓散射較強(qiáng)，原子量大的物質(zhì)康普頓散射較弱；

2.當(dāng)散射角φ

增加時，波長改變康普頓實驗指出質(zhì)的波長改變都相同。也隨著增加；在同一散射角下，所有散射物λ0λ第16頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難第17頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五經(jīng)典電磁理論在解釋時遇到的困難

1.根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，第18頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難

1.根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，第19頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難

1.根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。第20頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難

1.根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。

2.無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。第21頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋第22頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：

第23頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：

1.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。

第24頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：

1.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。

2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,第25頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：

1.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。

2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,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。

第26頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論認(rèn)為康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：

1.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。

2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,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。

3.因為碰撞中交換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)。第27頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五康普頓效應(yīng)的定量分析第28頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五ν康普頓效應(yīng)的定量分析YXmoeoh第29頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五ν康普頓效應(yīng)的定量分析YXvmYXmoeoνhh第30頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五νθ康普頓效應(yīng)的定量分析YXvmYXmoeoφXmvνcnnohνchνhh第31頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五νθ康普頓效應(yīng)的定量分析YXvmYXmoeoφXmvνcnnohνchνhh由能量守恒:

hocm2=+cm2o

h+第32頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五νθ康普頓效應(yīng)的定量分析YXvmYXmoeo由能量守恒:由動量守恒:φXmvνcnhνhh

hocm2=+cm2o

h+noνchcνnhvm=+o第33頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五cosννθ康普頓效應(yīng)的定量分析YXvmYXmoeo由能量守恒:由動量守恒:φXmvνcnhhhhνooccccm2222=v)((())ννφ+hνhh

hocm2=+cm2o

h+noνchcνnhvm=+o第34頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五mf2ll=022hcsin最后得到：0第35頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五最后得到：此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅決定于散射角；波長改變隨散射角增大而增加。

mf2ll=022hcsin0第36頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五最后得到：此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅決定于散射角；波長改變隨散射角增大而增加。

λλo的理論值和實驗值相符。mf2ll=022hcsin0第37頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五最后得到：此式說明：波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅決定于散射角；波長改變隨散射角增大而增加。

λλo的理論值和實驗值相符。mf2ll=022hcsin0mhc0=0.0243(A)稱為康普頓波長o第38頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？

第39頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？解：Ek=mc2-moc2

第40頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]

第41頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]

第42頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]=Eo(1/0.8-1)

第43頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]=Eo(1/0.8-1)=0.25Eo

第44頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例1：在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得能量是靜能的幾倍？解：Ek=mc2-moc2

=moc2[(1-v2/c2)-1/2-1]=Eo[(1-0.62)-1/2-1]=Eo(1/0.8-1)=0.25Eo

所以電子獲得能量即動能是靜能的0.25倍。第45頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？

第46頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

第47頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h

第48頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

第49頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/

第50頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/=hc/6第51頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/=hc/6hc/1.2hc/6/Ek=第52頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2：在康普頓散射中，如果散射的波長是入射光波長的1.2倍，則散射光子能量

與反沖電子動能Ek之比為多少？解：Ek=mc2-moc2

=ho-h=hc/-hc/1.2

=hc(1-1/1.2)/=hc/6hc/1.2hc/6/Ek==6/1.2=5第53頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。

o第54頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/o第55頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)o第56頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)A

oo第57頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024oo第58頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024

oo第59頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667

oo第60頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8ooo第61頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2

oo第62頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2oo第63頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2=h-hooo第64頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2=h-ho=hc/?(

/)

oo第65頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例3：一波長=2.0A的X光射入碳塊上，由于康普頓散射頻率改變了0.04

，求：(1)散射光子的散射角

,(2)反沖電子獲得的動能Ek。解：(1)=c/

/=/(

/?1)康普頓散射公式：=0.024(1-cos)Acos=1-/0.024=1-

//0.024=1-20.04

/0.024=0.9667=14.8o(2)能量守恒：ho+moc2=h+mc2Ek=mc2-moc2=h-ho=hc/?(

/)=3.9810-19Joo第66頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例4：在康普頓散射實驗中，入射的X射線波長λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射線的波長；(2)反沖電子的動能；(3)反沖電子的出射角以及反沖電子的動量。

O第67頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例4：在康普頓散射實驗中，入射的X射線波長λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射線的波長；(2)反沖電子的動能；(3)反沖電子的出射角以及反沖電子的動量。解：(1)已知散射角

=90O第68頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例4：在康普頓散射實驗中，入射的X射線波長λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射線的波長；(2)反沖電子的動能；(3)反沖電子的出射角以及反沖電子的動量。解：(1)已知散射角

=90°，波長改變量

△λ=λ-λo

O第69頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例4：在康普頓散射實驗中，入射的X射線波長λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射線的波長；(2)反沖電子的動能；(3)反沖電子的出射角以及反沖電子的動量。解：(1)已知散射角

=90°，波長改變量

△λ=λ-λo

=0.024(1-cos90°)

O第70頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例4：在康普頓散射實驗中，入射的X射線波長λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射線的波長；(2)反沖電子的動能；(3)反沖電子的出射角以及反沖電子的動量。解：(1)已知散射角

=90°，波長改變量

△λ=λ-λo

=0.024(1-cos90°)

=

0.024AOO第71頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例4：在康普頓散射實驗中，入射的X射線波長λ=0.1A，如果光的散射角是90°，求(1)散射線的波長；(2)反沖電子的動能；(3)反沖電子的出射角以及反沖電子的動量。解：(1)已知散射角

=90°，波長改變量

△λ=λ-λo

=0.024(1-cos90°)

=

0.024A所以散射線波長

λ=λo+△λ=0.1+0.024=0.124AOOO第72頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

第73頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′第74頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)

第75頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′

第76頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′=6.63×10-34×3×10-8×0.024/0.1×0.124

第77頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′=6.63×10-34×3×10-8×0.024/0.1×0.124=3.85×10-15J

第78頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(2)反沖電子的動能等于入射光子與散射光子能量之差

Ek=hυ-hυ′=hc(1/λ-1/λ′)=hc△λ/λλ′=6.63×10-34×3×10-8×0.024/0.1×0.124=3.85×10-15J

=2.4×104eV第79頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(3)設(shè)散射前：光子動量

P=h/λiP=h/λi第80頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(3)設(shè)散射前：光子動量

P=h/λi電子動量

Pe=0

P=h/λi第81頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(3)設(shè)散射前：光子動量

P=h/λi電子動量

Pe=0

散射后：光子動量P′=h/λ′jP=h/λiP′=h/λ′

i第82頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(3)設(shè)散射前：光子動量

P=h/λi電子動量

Pe=0

散射后：光子動量P′=h/λ′j電子動量

Pe′=mυP=h/λiP′=h/λ′

iPe′=mv第83頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

(3)設(shè)散射前：光子動量

P=h/λi電子動量

Pe=0

散射后：光子動量P′=h/λ′j電子動量

Pe′=mυ根據(jù)動量守恒定律：P+Pe

=P′+Pe′P=h/λiP′=h/λ′

iPe′=mv第84頁，共93頁，2023