康普顿效应一电磁波的动量和静质量电磁波的速度为.ppt

§、电磁波的动量和静质量电磁波的速度为c,根据相对论速度公式:v=c2P/E得电磁波的动量为:P=E/c根据相对论能量与动量关系:E=c(mo2c2+P2)1/2得电磁波的静质量为:mo=0结论:一电磁波的能量与动量之间的关系,和一个静质量为零的粒子相同。二、电磁波与自由电子的作用1、自由电子仅吸收电磁波的情况设自由电子是静止的,动量守恒定律:0+E/c=Pe(1)能量守恒定律:0+E=EK(2)但一个电子的EK与Pe其之间应有如下关系:EK=c(me2c2+Pe2)1/2-mec2(3)(3)式与(1)、(2)是矛盾的结论:一个自由电子不可能仅吸收电磁波。学生可能会感到奇怪,为什么在讨论光电效应时,没有提到这个问题。原因:光电效应中考虑的电子是束缚的,而非自由电子,能同时满足能量和动量守恒,且原子或分子因质量远比电子大而只接受很小一部分能量以及很小一部分动量,这部分能量如此之小,通常根本不予考虑。在自由电子的情况下,由于没有其他粒子与电子一起分配能量和动量,所以不可能仅发生吸收而不违背这两个量之一的守恒律。2、康普顿效应实验发现当我们分析通过一个有自由电子存在的区域的电磁辐射时,我们观察到,除入射辐射之外,还有不同频率的另一辐射存在。这种新的辐射被解释为自由电子散射的辐射,散射辐射的频率小于入射辐射的频率,因而散射辐射的波长大于入射辐射的波长。这个重要的现象,叫做康普顿效应。康普顿实验装置示意图X射线管石墨体X射线谱仪θ晶体石墨的康普顿效应.................θ=0O(a)(b)(c)(d)(A)石墨的康普顿效应...................................θ=0θ=45OO(a)(b)(c)(d)(A)石墨的康普顿效应.........................................................θ=0θ=45θ=90OOO(a)(b)(c)(d)(A)石墨的康普顿效应........................................................................................θ=0θ=45θ=90θ=135OOOO(a)(b)(c)(d)(A)(1)实验结果在我国物理学家吴有训与康普顿合作期间,在1926年所作的实验指出:(a)在原子量小的物质中,康普顿散射较强,在原子量大的物质中,康普顿散射较弱;(b)波长的改变随散射角(散射线与入射线之间接的夹角)而异。当散射角增加时,波长的改变也随之增加;在同一散射角下,对于所有散射物质,波长的改变都相同。