光的波粒二象性-ppt课件.ppt
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1、 4.3 4.3 光的波粒二象性光的波粒二象性 高中物理选修3-5教科版1.1.光的散射光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传因而传播方向发生改变播方向发生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射. 1923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的射线通过物质散射的实验时,发现散射线中除有与入射线波长相实验时,发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波长更长的射线,同的射线外,还有比入射线波长更长的射线,其波长的改变量与散射角其波长的改变量与散射角有关,而与入射线有关,而与入射线波长和散射物质都无关波长和散射物质都无关。2 2 康
2、普顿效应康普顿效应一一. .康普顿散射的实验装置与规律:康普顿散射的实验装置与规律:晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长 康普顿正在测晶体对X 射线的散射 按经典电磁理论:按经典电磁理论: 如果入射如果入射X光是光是某种波长的电磁波,某种波长的电磁波,散射光的波长是不散射光的波长是不会改变的!会改变的!康普顿散射曲线的特点:康普顿散射曲线的特点: 1.除原波长除原波长 0外出现了移向外出现了移向长波方向的新的散射波长长波方向的新的散射波长 。 2.新波长新波长 随散射角的增大随散射角的增大而增大。而增大。 散
3、射中出现散射中出现 0 的现象,称的现象,称为为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj. . . . . . . . . . .o(A)0.7000.750波长波长. . 0 0 二、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难二、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难2. 2. 无法解释波长改变和散射角的关系。无法解释波长改变和散射角的关系。1. 1. 根据经典电磁波理论,当电磁波通过物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,所以它所发射的散频率等于入射光频率
4、,所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。射光频率应等于入射光频率。三、光子理论对康普顿效应的解释三、光子理论对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果,具体解释康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果,具体解释如下:如下:1. 若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少,于是散射光的波长大于入射光的波。散射光子的能量减少,于是散射光的波长大于入射光的波。 2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将与整个原若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将与整个原子交换能量子交换能量,由于光子质量远小于原子质量
5、,根据碰撞理论由于光子质量远小于原子质量,根据碰撞理论, 碰撞前后光子能量几乎不变,波长不变。碰撞前后光子能量几乎不变,波长不变。 3. 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关,所以波长改有关,所以波长改变和散射角有关。变和散射角有关。四四. .康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义(1 1)有力地支持了爱因斯坦)有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设;假设; (2 2)首次在实验上证实了)首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量” 的假设;的假设;(3 3)证实了)证实了在微观世界的单个碰撞事件中,在微观世界的单个碰撞事件中, 动量和能量守恒定律仍然是成
6、立的。动量和能量守恒定律仍然是成立的。 康普顿的成功也不是一帆风顺的,在他早期的几康普顿的成功也不是一帆风顺的,在他早期的几篇论文中,一直认为散射光频率的改变是由于篇论文中,一直认为散射光频率的改变是由于“混进混进来了某种荧光辐射来了某种荧光辐射”;在计算中起先只考虑能量守恒,;在计算中起先只考虑能量守恒,后来才认识到还要用动量守恒。后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。19251926年,吴有训用银的年,吴有训用银的X射线射线( 0 =5.62nm) 为入射线为入射线, 以以15种轻重不同的元素为散射物质,种轻重不同的元素为散射物质,
7、五、吴有训对研究康普顿效应的贡献五、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了重要对证实康普顿效应作出了重要贡献。贡献。在同一散射角在同一散射角( )测量测量各种波长的散射光强度,作了各种波长的散射光强度,作了大量大量 X 射线散射实验。射线散射实验。0120 j j(1897-19771897-1977) 吴有训吴有训称为电子的称为电子的Compton波长波长)cos1 (j j c只有当入射波长只有当入射波长 0与与 c可比拟时,康普顿效应才显可比拟时,康普顿效应才显著,著,因此要用因此要用X射线才能观察到
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