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(共14张PPT)
康普顿效应
晶体
光阑
X 射线管
探
测
器
X 射线谱仪
石墨体
(散射物质)
j
1922-23年 康普顿研究了X射线在石墨上的散射
0
散射波长
康普顿效应
X光被物质散射的现象
实验装置
解：
[例] 频率为 1和 2的两种单色光先后照射同一金属，均能产生光电效应. 已知该金属的红限频率为 0，且两次照射时的遏止电压 Uc2 = 2 Uc1 ，则 1和 2之间的关系为 .
解：
可见光光子的最大能量：
例：已知一些材料的功函数(逸出功)为：铍—3.9eV，钯—5.0eV，铯—1.9eV，钨—4.5eV. 今要制造能在可见光(频率范围为3.9 1014Hz ~7.5 1014Hz)下工作的光电管，在这些材料中应选 .
应有
铯
例：光子波长为 ，则其能量 = ；动量的大小 = ；质量 = .
解：
在散射的 X 射线中除了有与入射波长相同的射线外，还有比入射波长更长的射线。
散射中出现 > 0 的现象
称为康普顿散射
=0
O
j
=45
O
j
=90
O
j
=135
O
j
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o
（A）
0.700
0.750
λ
波长
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实验规律
=0
O
j
=45
O
j
=90
O
j
=135
O
j
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o
（A）
0.700
0.750
λ
波长
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散射曲线的特点：
2. 时，除原波长 0外出现了移向长波方面的新的散射波长
3. 新波长 随散射角的增大而增大
4. 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升高
1. 时， 散 = 0
=0
j
0
j
只有当入射波长 0与 c可比拟时，康普顿
实验表明：
c 称为电子的康普顿波长
新散射波长 >入射波长 0，
和散射物质无关。
波长的偏移 = 0 只与散射角 有关，
实验规律是：
效应才显著，因此要用X射线才能观察到。
c = 0.0241 =2.41 10-3nm（实验值）
经典理论又一次遇到困难
经典散射理论：
· 经典电磁理论只能解释波长不变的散射光；
当波长 0的射线入射后 使电偶极子受迫振动
发出散射波的波长在各方均是 0
康普顿采用了爱因斯坦的光量子假说
成功地解释了实验现象
进一步证明了光量子假说的正确性
外层电子束缚能约几个 eV
二、康普顿的解释
1. 物理图像
单个光子与单个电子发生弹性碰撞而被散射
自由
静止
室温下电子热运动平均能量10-2 eV
波长为1 的X射线 ，其光子能量10 KeV
相比 都很小
即：一个入射X光子与一个原来静止的自由电子弹性碰撞
碰撞 光子把部分能量传给电子
散射X射线频率 波长
y
e
x
y
x
入射光子
碰撞前
碰撞后
入射光子：能量 h 0
碰前电子：能量 m0c2
动量 h 0/c
动量 pe=0
散射光子：能量 h
碰后电子：能量 mc2
动量 h /c
动量 pe =m
电子静止
反冲电子
散射光子
康普顿散射公式
康普顿假设: 完全弹性碰撞
遵守动量守恒定律和能量守恒定律：
利用相对论质—速关系所得反冲电子质量及能量与动量关系
得出结果
反冲电子
散射光子
e

m0
自由电子（静止）
电子的康普顿波长
波长改变最大
实验值
c = 0.0241
=2.41 10-3nm
反冲电子
散射光子
等于实验值
这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚
为什么康普顿散射中还有原波长 0 呢？
光子和整个原子碰撞。
内层电子束缚能103~104eV，不能视为自由，
而应视为与原子是一个整体。
所以这相当于
∵
即 散射光子波长不变，散射线中还有与原波长
∴ 在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量，
得很紧的（内层）电子发生碰撞。
相同的射线。这种波长不变的散射叫瑞利散射
原子序数愈大的散射体原波长的成分愈多。

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