康普顿效应证明了光的波动性,康普顿效应证实了粒子的什么特征

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-11-14 11:44:17

康普顿散射公式如何推导?为什么说粒子的位置与动量不可同时被确定?1月2日19时,《张朝阳的物理课》第十七期开播。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,先温故,再知新,用能量守恒和动量守恒定律,推导康普顿散射公式,进一步证明了光量子假说。同时,还介绍了德布罗意物质波理论,不只光有波粒二象性,物质也有波粒二象性,并列举实验现象证明电子的波动性;计算了电子单缝衍射条纹宽度,其动量与位置不确定度关系符合海森堡测不确定性原理。另外也指出海森堡不确定性原理阻止了氢原子的塌缩,并估算出氢原子的半径。

康普顿效应证明了光的波动性,康普顿效应证实了粒子的什么特征(1)

“连续两讲,我们都在量子力学的大门外徘徊。”在直播间内,张朝阳将上堂课和今天要讲的内容,用一句话做了总结。“先研究1900年到1930年之间,那些伟大的物理学家的工作,他们碰到的所有问题。”他强调,“量子力学很难理解,要反复讲这些例子。”

先温故,再知新。《张朝阳的物理课》已形成个人特色。张朝阳在直播中复习双原子的比热问题,黑体辐射普朗克修正,再讲爱因斯坦为解释光电效应,革命性地引入光子的概念,并再度解释了极其神奇的光的波粒二象性。复习结束,他说,“我们今天继续沿着当年那些物理学家的工作轨迹,进一步证明光的光子特性。”随后,他在白板上写下“康普顿散射”五个字。

推导康普顿散射实验 证明光量子假说

“著名的康普顿散射,是指光子与电子‘碰撞’发生散射,假设电子初始时刻是静止的,其静止质量是 m0,入射光子的频率是ν1,光子与电子撞击之后以θ角度出射,并且频率变为ν2 。撞击之后光子将动量传给了电子,于是电子有了速度 v,对应的动质量为 m,电子出射的角度为φ”张朝阳介绍,“需要注意,动量是矢量,一定要有方向。”

康普顿效应证明了光的波动性,康普顿效应证实了粒子的什么特征(2)

(张朝阳在直播中利用“小白板”推导康普顿散射)

接着,他带着网友仔细推导,通过联立能量守恒、动量x方向守恒、动量y方向守恒,共计三个守恒方程,解出散射光子的波长与散射角度的关系。张朝阳说,对于动量守恒的两个方程,利用三角函数关系

康普顿效应证明了光的波动性,康普顿效应证实了粒子的什么特征(3)

可以将电子的散射角度φ消掉得到:

康普顿效应证明了光的波动性,康普顿效应证实了粒子的什么特征(4)

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