15波粒二象性02ppt课件.ppt

一一. .实验规律实验规律1920 22年康普顿研究了年康普顿研究了X射线在石墨上的散射射线在石墨上的散射15-3 15-3 康普顿效应康普顿效应 （（Compton effect）） 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线摄谱仪射线摄谱仪晶体晶体 0散射波长散射波长 , , 0 0 石墨体石墨体(散射物质散射物质)    0散射曲线的三个特点：散射曲线的三个特点： 1. 除原波长除原波长 0外，出现了移外，出现了移向长波方面的新的散射波长向长波方面的新的散射波长  . 2.新波长新波长  随散射角随散射角  的的增大而增大增大而增大 3.当散射角增大时，原波当散射角增大时，原波长的谱线强度降低，而新波长的谱线强度降低，而新波长的谱线强度升高长的谱线强度升高 . ...................... .. ... ...... .............. .. ........ ... .. ............o（（A））0.7000.750 波长波长.......Mo，，K 这种散射称为康普顿散射。

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长成分，更有波长大于入射光波长的成分，的成分，能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒反冲电子质量反冲电子质量解得：解得：e m0自由电子〔静止）自由电子〔静止）= 2 .4310-3nm二二. .康普顿效应的理论解释康普顿效应的理论解释▲ X射线光子与射线光子与“静止〞静止〞的的“自由电子〞弹性碰撞自由电子〞弹性碰撞▲ 碰撞过程中能量与动量守恒碰撞过程中能量与动量守恒外层电子能量外层电子能量<<光子能量光子能量只与散射角只与散射角  有关，有关，和散射物质无关和散射物质无关 这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚得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很紧的电子发生碰撞 为什么康普顿散射中还有原波长为什么康普顿散射中还有原波长 0 呢？呢？所以这相当于光子和整个原子碰撞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，内层电子不能视为自由，而应视为与原子是一个整体而应视为与原子是一个整体∵∵即即 散射光子波长不变散射光子波长不变∴∴ 在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量，在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量， 碰撞碰撞光子把部分能量光子把部分能量传给电子传给电子e自由电子〔静止）自由电子〔静止） m0h  光子的能量光子的能量  散射散射X X射线频率射线频率  波长波长 三三. 讨论讨论2.反冲电子的动能反冲电子的动能1. 为什么可见光观察不到康普顿效应？为什么可见光观察不到康普顿效应？ 只只有有当当入入射射波波长长 0与与 c可可比比拟拟时时，，康康普普顿顿效效应才显著，因此要用应才显著，因此要用X射线才能观察到。

射线才能观察到eθm0自由电子〔静止）自由电子〔静止）四四. 康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义▲ 支持了支持了“光量子〞概念，进一步证实光量子〞概念，进一步证实了了▲ 首次实验证实了爱因斯坦提出的首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具光量子具有动量〞的假设有动量〞的假设▲ 证实了在微观领域的单个碰撞事件中，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动量和能量守恒定律仍然是成立的康普顿获得康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 p =  /c = h  /c = h /   = h 五五. 吴有训对研究康普顿效应研究的贡献吴有训对研究康普顿效应研究的贡献吴有训吴有训1923年参加了发现康普顿效应的研究工作，年参加了发现康普顿效应的研究工作， 1925 26年他用银的年他用银的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，在同一散射角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）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康普顿效应的普遍性▲ 证实了两种散射线的产生机制：证实了两种散射线的产生机制：   －－ 外层电子〔自由电子〕散射外层电子〔自由电子〕散射  0 －内层电子〔整个原子〕散射－内层电子〔整个原子〕散射吴有训工作的意义：吴有训工作的意义：20世纪世纪50年代的吴有训年代的吴有训吴有训〔吴有训〔1897—1977））物理学家、教育家、中物理学家、教育家、中国科学院副院长，国科学院副院长，1928年被叶企孙聘为清华大年被叶企孙聘为清华大学物理系教授，曾任清学物理系教授，曾任清华大学物理系主任、理华大学物理系主任、理学院院长对证实康普学院院长对证实康普顿效应作出了重要贡献顿效应作出了重要贡献.例例1：康普顿效应的主要特点：康普顿效应的主要特点(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。

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与散射体的性质无关 * 康普顿散射的强度与散射物质有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，康普顿散射较强原子量小的散射物质，康普顿散射较强例例2：用波长为：用波长为λ＝＝1Å的光子做康普顿实验的光子做康普顿实验（（1〕散射角〕散射角 ＝＝900，的康普顿散射波长是多少，的康普顿散射波长是多少（（2〕反冲电子获得的动能有多大〕反冲电子获得的动能有多大解：（解：（1））（（2））光光( (波波) )具有粒子性，那么实物粒子具有波动性吗具有粒子性，那么实物粒子具有波动性吗? ?一一. .德布罗意假设德布罗意假设§15-5 粒子的波动性粒子的波动性一个能量为一个能量为E、动量为、动量为 p 的实物粒子，同时也具有的实物粒子，同时也具有波动性，它的波长波动性，它的波长 、频率、频率  和和 E、、p的关系的关系德布罗意关系式德布罗意关系式与粒子相联系的波称为物质波与粒子相联系的波称为物质波 或德布罗意波，或德布罗意波，  — 德布罗意波长德布罗意波长（（de Broglie wavelength））二二.电子衍射实验电子衍射实验▲ 戴维孙戴维孙(Davisson)革末革末(Germer)实验实验(1927)G Ni 片片（单晶）（单晶）抽真空抽真空UI假设假设 V =100伏伏   =1.225Å(Å)(Å)可以实验证明物质波的存在可以实验证明物质波的存在非相对论电子的波长非相对论电子的波长设电子动能由设电子动能由V V 伏伏电压加速产生电压加速产生— X射线波段射线波段电子在镍单晶上的衍射实验电子在镍单晶上的衍射实验▲ 汤姆孙〔汤姆孙〔G.P.Thomson〕实验〔〕实验〔1928）） 衍射图象 电子通过金的多晶薄膜的衍射实验：电子通过金的多晶薄膜的衍射实验：▲ 约恩孙〔约恩孙〔Jonsson〕实验〔〕实验〔1961））大量电子的单、双、三、四缝衍射实验：大量电子的单、双、三、四缝衍射实验： 单单 缝缝 双双 缝缝 三三 缝缝 四四 缝缝 例例  m = 0.01kg m = 0.01kg，，v = 300 m/s v = 300 m/s 的子弹的子弹h极小极小  宏观物体的波长小得实验难以测量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宏观物体只表现出粒子性””波长波长质子、中子、原子、质子、中子、原子、分子分子…也有波动性。

也有波动性宏观粒子宏观粒子 m 大，大，   0，表现不出波动性表现不出波动性 例例  为使电子的德布罗意波长为为使电子的德布罗意波长为1 1Å Å，需要的加速，需要的加速电压为电压为 Å)(Å) 例例  若中子的德布罗意波长为若中子的德布罗意波长为2 2Å Å，则它的动能，则它的动能为为 注意注意单位位150V 例例  静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这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：时粒子物质波的波长与速度有如下关系： 例例  电子的康普顿散射波长为电子的康普顿散射波长为λcλc＝＝h/(mec),h/(mec),当电当电子的动能等于它的静止能量时，它的德布罗意波长子的动能等于它的静止能量时，它的德布罗意波长 λ λ＝＝ λc λc。