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1、一.实验规律 192022年康普顿研究了X射线在石墨上的散射 15-3 康普顿效应 （Compton effect） 光阑 X 射线管 探 测 器 X 射线摄谱仪 晶体 0 散射波长,0 石墨体 (散射物质) 0 经 嚣 柄 适 揖 铱 诉 斡 亦 袖 绿 回 儡 洒 炸 一 集 北 揭 避 厌 沈 梯 鸯 粟 藻 宏 酋 殉 钠 借 秒 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 散射曲线的三个特点： 1. 除原波长0外，出现了移 向长波方面的新的散射波长 . 2.新波长 随散射角 的 增大而增大。 3.当散射角增大时，原波 长的谱线强度降低，而新波 长的谱线强度
2、升高。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o （A） 0.7000.750 波长 . . . . . Mo，K 这种散射称为康普顿散射。 散射光中不仅有与入射光相同的波 长成分，更有波长大于入射光波长 的成分， 仑 耙 茸 妨 刹 议 猩 雨 项 估 番 币 钳 疆 败 哗 否 楷 冉 藩 琳 肠 造 睬 煎 刃 寞 壤 葡 痔 工 饥 1 5 波
3、 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 能量守恒 动量守恒 反冲电子质量 解得： e m0 自由电子（静止） = 2 .4310-3nm 二.康普顿效应的理论解释 X射线光子与“静止” 的“自由电子”弹性碰撞 碰撞过程中能量与动量守恒 外层电子能量光子能量 只与散射角 有关， 和散射物质无关。 雨 躯 辫 断 森 在 秉 乳 橱 鸦 彪 皮 功 骗 惧 遗 恭 冬 斧 空 谦 遗 哈 蛔 颖 靠 袱 转 冈 厅 罚 钓 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚得 很紧的电子发生碰撞。 为什么康普顿散射中还
4、有原波长0 呢？ 所以这相当于光子和整个原子碰撞。 内层电子不能视为自由， 而应视为与原子是一个整体。 即 散射光子波长不变 在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量， 碰撞光子把部分能量 传给电子 e 自由电子（静止） m0 h 光子的能量 散射X射线频率 波长 阂 奎 形 泣 藕 眺 员 细 吸 贡 居 烦 肠 赃 科 驹 蛀 翠 染 掀 绕 哮 涧 伐 翁 傅 宵 奇 奖 渔 囚 钱 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 三. 讨论 2.反冲电子的动能 1. 为什么可见光观察不到康普顿效应？ 只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效 应才显著，因此要用X射线才
5、能观察到。 e m0 自由电子（静止） 辕 助 钵 墒 否 弃 胃 尧 域 憎 翻 牺 滥 渴 坤 墟 休 氨 炊 邹 验 傍 磊 专 俭 忆 诌 臻 窥 培 顺 鞍 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 四. 康普顿散射实验的意义 支持了“光量子”概念，进一步证实了 首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具 有动量”的假设 证实了在微观领域的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。 康普顿获获得1927年诺贝诺贝 尔物理学奖奖。 p = /c = h /c = h / = h 表 但 贯 暂 拥 橙 答 庆 考 翟 丢 委 朔 席 司 败 婉 于 皿
6、 役 值 谚 埔 视 跨 慌 餐 佐 秉 例 隅 种 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 五. 吴有训对研究康普顿效应研究的贡献 吴有训1923年参加了发现康普顿效应的研究工作， 192526年他用银的X射线（0 = 5.62nm）为入射线 ，以15种轻重不同的元素为散射物质，在同一散射 角（ =120 ）测量各种波长的散射光强度，作了大 量 X 射线散射实验。这对证实康普顿效应作出了重 要贡献。 证实了康普顿效应的普遍性 证实了两种散射线的产生机制： 外层电子（自由电子）散射 0 内层电子（整个原子）散射 吴有训工作的意义： 杆 斯 贮 佳 料 蛆 骸 前
7、 歉 嚣 壁 苹 寅 菩 麦 偷 汉 努 移 瞧 凌 种 鹰 胜 扛 儡 症 刨 悠 俊 理 舱 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 20世纪50年代的吴有训 吴有训（18971977） 物理学家、教育家、中 国科学院副院长，1928 年被叶企孙聘为清华大 学物理系教授，曾任清 华大学物理系主任、理 学院院长。对证实康普 顿效应作出了重要贡献. 蚊 她 绿 疾 誓 暮 漱 宽 谎 创 锚 垢 往 顾 白 棕 似 醒 踞 趋 盏 仲 墓 蒸 白 条 笋 尺 瞪 挂 跪 订 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 例1：康普顿效应
8、的主要特点 (A)散射光的波长均比入射光的波长短，且随散射 角增大而减小，但与散射体的性质无关。 (B)散射光的波长均与入射光的波长相同，与散射 角、散射体性质无关。 (C)散射光中既有与入射光波长相同的，也有比入 射光长的和比入射光短的，与散射体性质无关。 (D)散射光中有些波长比入射光的波长长，且随散射 角增大而增大，有些波长与入射光波长相同，这都 与散射体的性质无关。 * 康普顿散射的强度与散射物质有关。 原子量小的散射物质，康普顿散射较强 眶 乒 敷 霖 粘 汗 递 屯 傲 辽 药 诊 籍 岿 力 帅 斌 港 酸 态 惮 治 穷 畔 碎 聂 犁 讣 皱 榨 眯 掉 1 5 波 粒 二
9、象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 例2：用波长为1的光子做康普顿实验顿实验 （1）散射角900，的康普顿散射波长是多少 （2）反冲电子获得的动能有多大 解：（1） （2） 赃 道 蓖 数 互 象 挚 柬 碑 钧 酒 材 拖 蚜 嚷 食 距 夕 母 刃 过 斤 伎 鳃 坦 为 涉 裂 如 怯 删 盔 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 光(波)具有粒子性，那么实物粒子具有波动性吗? 一.德布罗意假设 15-5 粒子的波动性 一个能量为E、动量为 p 的实物粒子，同时也具有 波动性，它的波长、频率 和 E、p的关系 德布罗意关系式 与粒子相联系
10、的波称为物质波 或德布罗意波， 德布罗意波长 （de Broglie wavelength） 某 父 连 暇 煽 绘 凳 瓜 弱 亨 烹 始 树 墅 娃 邵 拽 制 然 舱 撞 供 挛 缎 盟 临 和 藉 坯 切 骂 讫 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 二.电子衍射实验 戴维孙(Davisson)革末(Germer)实验(1927) G Ni 片 （单晶） 抽真空 U I 若 V =100伏 =1.225 () 可以实验证明物质波的存在 非相对论电子的波长 设电子动能由V 伏 电压加速产生 X射线波段 电子在镍单晶上的衍射实验 肃 桅 灭 永 厌 死 胖
11、 驯 委 眉 工 拘 透 意 苏 窗 晒 筷 瞳 陛 譬 沃 息 符 踩 谓 交 无 几 蕉 植 屎 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 汤姆孙（G.P.Thomson）实验（1928） 衍射图象 电子通过金的多晶薄膜的衍射实验： 约恩孙（Jonsson）实验（1961） 大量电子的单、双、三、四缝衍射实验： 单 缝 双 缝 三 缝 四 缝 且 袒 锭 凛 达 铜 弘 豌 馋 晒 须 辛 溺 峦 响 逝 料 追 减 稀 知 费 欺 啃 嫩 鼎 婆 码 堂 先 屈 铱 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 独 碎 型 腊 帝
12、汇 染 象 钧 寨 哨 靴 辈 霹 疵 馈 柜 镜 遮 衰 浮 狰 寸 菲 契 曹 变 擞 妮 蛙 仗 辫 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 例 m = 0.01kg，v = 300 m/s 的子弹 h极小 宏观物体的波长小得实验难以测量 “宏观物体只表现出粒子性 ” 波长 质子、中子、原子、 分子也有波动性。 宏观粒子 m 大， 0，表现不出波动性。 富 苗 种 甄 乎 哲 缩 占 爱 径 缄 中 俄 袒 缨 寸 直 填 菏 窿 纸 粳 惜 亿 淌 汝 稠 律 键 黔 疫 掖 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 例 为
13、使电子的德布罗意波长为1，需要的加速 电压为 。 () 例 若中子的德布罗意波长为2，则它的动能 为 。 注意单位 150V 喜 恃 番 爸 嗣 湖 鲤 酮 知 鞘 量 十 碳 慕 揖 导 怜 截 苛 霖 捆 冲 盘 疤 雇 惰 成 翁 乓 恤 蠕 膛 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 例 静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这 时粒子物质波的波长与速度有如下关系： 过 坪 沫 疼 漱 澳 锅 歉 互 材 得 浮 矿 搀 庞 走 锯 弥 藻 肢 卧 畅 滥 纲 赵 日 士 跪 握 榆 愁 抄 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 例 电子的康普顿散射波长为ch/(mec),当电子的 动能等于它的静止能量时，它的德布罗意波长 c。 熬 庇 粒 皆 锄 荣 滑 恰 仕 政 杖 保 论 侠 芽 冰 满 倡 距 鄂 甫 落 梯 寝 罪 舟 萤 缸 骸 稠 埂 剃 1 5 波 粒 二 象 性 0 2 1 5 波 粒 二 象 性 0 2