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545、处于政坛风暴的特朗普与处于科学思维中心的康普顿(一)
送交者: 和颜清心 2018年10月27日21:01:24 于 [教育学术] 发送悄悄话


  4分钟



处于政坛风暴的特朗普


与处于科学思维中心的康普顿


                                (一)










美国物理学家康普顿(Arthur Holy Compton,1892~1962)

因发现康普顿效应(也称“康普顿散射”)于1927年获诺贝尔物理学奖。

 

康普顿为什么能获得1927诺贝尔物理学奖?


获奖原因


是康普顿所设计的实验进一步肯定了光的粒子性:

光束是一串粒子流。康普顿借助爱因斯坦的光子理论,

光子电子碰撞的角度,对粒子实验现象,

进行了圆满地说明。

 

3、康普顿实验


1)概说


1923年美国康普顿(Arthur Holly Compton)的一篇报告,

引起人们对“光子”学说的再次关注。

1920年起,康普顿就从事X射线*的散射实验。

‘光的散射’是指光通过不均匀介质时,一部分入射光

偏离原方向传播的现象。

光束在介质中物质微粒相互作用,

使‘光’向‘任何方向’传播,

这种现象叫‘光的散射

偏离原方向的光,称‘散射光’。















光的散射_www.baike.com


















X射线的散射实验图示open.ccrtvu.com


石墨是一种结晶的碳化学性质不活泼

耐腐蚀,与酸碱等不易反应

高纯度的石墨可以在核反应堆中作中子的减速剂。


康普顿将X光投射到石墨上,然后从不同角度

测量被石墨分子散射的‘X光的频率’等。

当角度不变(角度θ=0)时,

只有等于(=)入射频率的光;

当角度发生变化时(θ≠0,如45°、90°),

发现存在2种频率的‘散射光’

A. 一种频率与‘入射光’相同;

B. 另一种,频率比‘入射光’低。

就是说,康普顿在研究石墨的电子,

对于X射线的散射时发现,

有些散射波的波长,比入射波的波长略大


波长的辐射,射入物质后,

   在散射波中发现,除了波长的波外,

   还出现了波长增大的波),


康普顿认为,

这是X射线的光子和石墨电子碰撞时,

光子的一些能量转移给了电子

 

2)康普顿效应的微观分析





 www.91q8.com


如前述,射线被一块石墨散射,散射出来的射线,经过光阑到达晶体*,再用探测器测量,不同的散射角所散射出的射的波长。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。康普顿实验γ光子电子之间的散射(字母γ 读作伽马)。入射γ光子把一部分能量传给电子,这样一来光子的能量就减少了,光子继续散射,散射方向发生变化(在散射中获得能量的电子,叫‘反冲电子’)。在康普顿效应中,入射 γ   光子与核外电子发生碰撞,把一部分能量转移给了电子,使电子脱离原子成为反冲电子,对电子做无私奉献损失能量后的光子,则朝另一方向散射出去。就是说,反冲电子是受益方,反冲电子是具有较高能量的光子入射到某物质时,光子与电子发生碰撞,将一部分能量转移给电子,之后,反冲电子按与原来的入射光子方向成一定角度的方向,散射出去。在康普顿散射中,反冲电子,从光子那里获得能量和动量,但是光子的能量却下降了(就是说光子的频率变低、波长变大),这种变大的波长,叫康普顿散射波长

如您所知,在物理学家的脑袋里装满了各种公式,物理学家在想事时,能根据各种公式,轻松地推出他们想要的结果,比如,在这里,在对康普顿实验效应的推导中,他们就利用了普朗克公式E=hvE为单个量子的能量,v为频率,h是 常数)、科学家利用波长、频率等公式,精准地计算出他们所需要的光子、电子的能量、波长,并且得出‘在散射的射线中,除了有与入射波的波长相同的射线,还有比入射波的波长更长的射线’。通过实验还知道,能够发生散射的电子,既可以是自由电子,也可以是被束缚在原子中的电子。


综上所述,


“康普顿效应”是指当X射线*或伽马射线*等,

跟电子相互作用时,因失去能量导致波长变长的现象


(或者也可以说,   康普顿效应通常是指电子云

    与光子的相互作用,

    除此之外,也包括原子核光子的相互作用,

    即包括“核康普顿效应”)。



注释

 

1、晶体是原子等微观粒子,按照一定的周期性,

在空间排列,从而形成具有一定规则的几何型固体。

 

2、光阑是指用来限制光束大小或空间范围的元件。

光阑,英文Stop。

其形圆形方形或其它特殊形等。

 

3、希腊小写字母φ,中文音译:斐fěi

此处代表物理上不同方向的角。

θ [ˈθi:ta],汉音可以读作“西塔”,

θ在此处代表波传播方向所改变的角度。


4、X,又被称为X射线伦琴射线

它是一种波长范围在0.01纳米10纳米之间的电磁辐射形式。

X射线波长范围在较短处与伽马射线较长处是重叠着的。


51纳米=0.000001,例如,1根头发的直径是0.05毫米,

把头发的直径,分成5万份,其中每1份的厚度,

大约就是1纳米


6、γ 伽玛射线,是“原子衰变时放出的射线。

它的电磁波波长极短,穿透力很强,并携带高能量

γ射线,是继α射线β射线后发现的第三种原子核射线。

1913年,γ射线被证实为是电磁波,

其波长短于0.2 ,和X射线相似,

但具有比X射线还要强的穿透能力。

X 射线和γ射线在本质或某些特性上是相同的,

两者名称的差别是产生途径不同:

X射线产生于原子核外部;

γ射线产生于原子核内部。

二者的区别是频率不同。

γ射线的频率高,X射线的频率相对低些。

X射线和γ射线本质上都是电磁波,都可以看成光子。





 















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