《康普頓散射》PPT課件

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1、狹義相對論基礎(chǔ)愛因斯坦20世紀最偉大的物理學(xué)家之一,1905年、1915年先后創(chuàng)立狹義和廣義相對論,1905年提出了光量子假設(shè),1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎,還在量子理論方面有重要貢獻.（1879-1955）真空中的光速是常量，沿各個方向都等于c，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關(guān).1相對性原理物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達形式.2光速不變原理狹義相對論的基本原理洛倫茲坐標變換式(1)相對論動量遵循洛倫茲變換當時動量與速度的關(guān)系(2)相對論質(zhì)量靜止質(zhì)量：m0相對論質(zhì)量說明質(zhì)量與速度有關(guān).m0m12340.20.41.000.60.8vc狹義相對論力學(xué)的基本方程當時變?yōu)榕ｎD第二定律.即當

2、時,不變相對論動量守恒定律質(zhì)量與能量的關(guān)系動能定理設(shè)積分相對論動能當時，靜能量物體靜止時所具有的能量.相對論質(zhì)能關(guān)系質(zhì)能關(guān)系指出：物質(zhì)的質(zhì)量和能量之間有密切的聯(lián)系.總能量相對論能量和質(zhì)量守恒是一個統(tǒng)一的物理規(guī)律.動量與能量的關(guān)系極端相對論近似光子光的波粒二象性1920年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察X射線被物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長發(fā)生了變化的成分——散射束中除了有與入射束波長?0相同的射線，還有波長?>?0的射線.康普頓效應(yīng)一實驗裝置二實驗結(jié)果（相對強度）（波長）1波長的偏移()與散射角有關(guān).2與散射物體無關(guān).三經(jīng)典理論的困難按經(jīng)典電磁理論，帶電粒子受到入射電磁波的作用而發(fā)生受迫振動

3、，從而向各個方向輻射電磁波，散射束的頻率應(yīng)與入射束頻率相同，帶電粒子僅起能量傳遞的作用.可見，經(jīng)典理論無法解釋波長變長的散射線.1物理模型入射光子（X射線或射線）能量大.四量子解釋范圍為：光子電子電子光子電子反沖速度很大，用相對論力學(xué)處理.電子熱運動能量，可近似為靜止電子.固體表面電子束縛較弱，視為近自由電子.光子電子電子光子(1)入射光子與散射物質(zhì)中束縛微弱的電子彈性碰撞時，一部分能量傳給電子，散射光子能量減少，頻率下降、波長變大.2定性分析(2)光子與原子中束縛很緊的電子發(fā)生碰撞，近似與整個原子發(fā)生彈性碰撞時，能量不會顯著減小，所以散射束中出現(xiàn)與入射光波長相同的射線.3定量計算動量守

4、恒能量守恒康普頓波長康普頓公式散射光波長的改變量僅與有關(guān).散射光子能量減小4結(jié)論5討論若則，可見光觀察不到康普頓效應(yīng).光具有波粒二象性一般而言，光在傳遞過程中，波動性較為顯著；光與物質(zhì)相互作用時，粒子性比較顯著.與的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子間的相互作用.散射中的散射光是因光子與緊束縛電子的作用.原子量大的物質(zhì)，其電子束縛較強，因而康普頓效應(yīng)不明顯.6物理意義光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性.微觀粒子的相互作用也遵守能量守恒和動量守恒定律.例1波長的X射線與靜止的自由電子作彈性碰撞，在與入射角成角的方向上觀察，問：（2）反沖電子得到多少動能？（3）在碰撞中，光子的能量損失

5、了多少？（1）散射波長的改變量為多少？（1）（2）反沖電子的動能（3）光子損失的能量＝反沖電子的動能解