下载文档原格式
康普顿效应的内容和物理意义1.效应描述：康普顿效应描述了X射线或γ射线通过物质时与物质中的自由电子发生非弹性散射的过程。
在这个过程中，光子（射线）与自由电子相互作用，并失去一部分能量和动量。
2.散射角及波长变化：康普顿效应的一个重要结果是确定了X射线或γ射线经过散射后的散射角和波长的变化。
散射角和波长的变化与散射体的质量有关，散射角的增大导致波长的增大。
3.散射截面：康普顿效应还研究了散射截面的大小。
散射截面是描述散射过程发生的概率的物理量。
康普顿散射截面与入射光子能量、散射角和电子自由程等参数相关。
4.能量和动量守恒：康普顿效应表明，在光子与自由电子碰撞的非弹性散射过程中，能量和动量是守恒的。
散射后的光子能量减少，由此推断散射前后的光子具有不同的波长。
同时，散射角的增大导致动量的变化。
1.量子性质的证明：康普顿效应是证明光的粒子性的重要实验证据之一、在这个效应中，光子（射线）与自由电子发生碰撞，表明光也具有具体的粒子特征。
2.波粒二象性：康普顿效应揭示了光的波动性和粒子性的结合。
射线具有波动性，可以用波长来描述；而在散射过程中，光子作为离散的粒子与自由电子相互作用。
3.能量和动量守恒定律的应用：康普顿效应证明了在散射过程中能量和动量的守恒定律的普适性。
能量守恒表明，在散射前后，能量的总量保持不变；动量守恒表明，在散射前后，总动量的大小和方向保持不变。
4.电子衍射和晶体结构分析：康普顿效应也为电子衍射和晶体结构分析提供了重要基础。
康普顿效应揭示了X射线或γ射线与物质中的自由电子散射的机制，为后来发展出的电子衍射技术提供了理论基础。
综上所述，康普顿效应是光的粒子性和波动性的结合体现，以及能量和动量守恒的实验证据。
它的发现和研究为我们理解光子的性质和物质的结构提供了重要的物理基础。
2.3 康普顿效应及其解释课堂互动三点剖析对康普顿效应的理解（1）经典解释（电磁波的解释）单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波.经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释！ （2）光子理论解释X 射线为一些E=hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率减小，波长变长.这个过程设动量守恒与能量守恒仍成立，则由电子：p=m 0v;E=2021v m (设电子开始静止，势能忽略)；光子：p=h/λ;E=hν=h·λc，由以上几式得：λ-λ0=2sin 220θ-c m h . 其中（h/m 0c ）=2.34×10-12m 称为康普顿波长.如图2-3-2图2-3-2各个击破【例题】 在康普顿散射中，入射光子波长为0.03οA ，反冲电子的速度为0.6c,求散射光子的波长及散射角.解析：反冲电子的能量增量为ΔE=mc 2-m 0c 2=2206.01-c m -m 0c 2=0.25 m 0c 2由能量守恒定律，电子增加的能量等于光子损失的能量，故有λλhchc-=0.25m 0c 2散射光子波长λ==-00025.0λλc m h h 1083134103410030.0103101.925.01063.610030.01063.6-----⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=4.3×10-12m=0.043οA由康普顿散射公式，Δλ=λ-λ0=2sin 220ϕc m h =2×0.024 3sin 22ϕ可得sin20243.02030.0043.02⨯-=ϕ=0.267 5，散射角为φ=62°17′. 答案：0.043οA 62°17′类题演练证明康普顿散射实验中，波长为λ0的一个光子与质量为m 0的静止电子碰撞后，电子的反冲角θ与光子散射角φ之间的关系为tanθ=100)]2tan()1[(-+ϕλc m h . 解析：将动量守恒式写成分量形式mvsinφ-)(λhsinφ=0① mvcosθ+)(λhcosφ=λh② 及康普顿效应结论：λ-λ0=2sin 220ϕc m h ③由①②得 tanθ=ϕλλϕcos )(sin 0-上式分子为 sinφ=2sin )21cos()21(ϕϕ 分母为 ϕλλλλϕλλcos )(cos )(000--+=- 将③代入 0λλ-cosφ=2sin 200)2(λϕc m h +·2sin 2)2(ϕ=2sin 2)1(200λϕc m h + 所以tanθ=100)]2tan()1[(-+ϕλc m h .。
