1.大学物理论文关于X射线和多普特效应
康普顿(Arthur Holly Compton)教授是美国著名的物理学家、“康普顿效应”的发现者。
1892年9月10日康普顿出生干俄亥俄州的伍斯特,1962年3月15日于加利福尼亚州的伯克利逝世,终年70岁。 康普顿出身于高级知识分子家庭,其父曾任伍斯特学院哲学救授兼院长。
康普顿的大哥卡尔(KarL)是普林斯顿大学物理系主任,后来成为麻省理工学院院长,他是康普顿最亲密的和最好的科学带路人。 康普顿中学毕业后,升入伍斯特学院。
该院具有悠久的历史传统,这对康普顿一生的事业具有决定性的影响。在这里,他所受的基础教育,几乎完全决定了他一生中对生活、科学的态度。
在学院以外,康普顿熟悉许多感兴趣的事物,诸如密执安的夏令营、卡尔早期的科学实验,等等。所有这些对康普顿以后的科学生涯也都超着重要的作用。
1913年,康普顿从伍斯特学院毕业后,进入普林斯顿大学深造,1914年取得硕士学位,1916年取得博士学位。他的博士学位论文起先由里查逊(O·W·Richardson)指导,后来在库克(H·L·Cooke)指导下完成。
取得哲学博士学位后,康普顿在明尼苏达大学(1916—1917)担任为期一年的物理学教学工作,随后在宾夕法尼亚州的东匹兹堡威斯汀豪斯电气和制造公司担任两年研究工程师。在此期间,康普顿为陆军通讯兵发展航空仪器做了大量有独创性的工作;并且还取得钠汽灯设计的专利。
后面这一项工作跟他以后在美国俄亥俄州克利夫兰内拉帕克创办荧光灯工业密切相关;在内拉帕克期间,他跟通用电气公司的技术指导佐利·杰弗里斯(Zay Jeffries)密切配合,促进了荧光灯工业的发展,使荧光灯的研制进入最活跃的年代。 康普顿的科学家生涯是从研究X射线开始的。
早在大学学习时期,他在毕业论文中,就提出一个新的理论见解,其大意是:在晶体中X射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。在威斯汀豪斯期间(1917——1919);康普顿继续从事X射线的研究。
从1918年起,他在理论在获得X射线吸收与和实验两方面研究了X射线的散射。散射数据之间的定量吻合之后,根据J·J·汤姆逊的经典理论,康普顿提出了电子有限线度(半径1.85*10-10”cm)的假设,说明密度与散射角的观察关系。
这是个简单的开端,却导致了后来形成的电子以及其它基本粒子的“康普顿波长”概念。这个概念后来在他自己的X射线散射的量子理论以及量子电动力学中都充分地得到了发展。
在这一时期他的第二项研究,是1917年在明尼苏达大学跟奥斯瓦德·罗格利(Oswrald Rognley)一起开始的,这就是关于决定磁化效应对磁晶体X射线反射的密度问题。这项研究表明,电子轨道运动对磁化效应不起作用。
他认为铁磁性是由于电子本身的固有特性所引起的,这是一个基本磁荷。这一看法的正确性后来由他在芝加哥大学指导的学生斯特思斯(J·C·Stearns)用实验得出的结果作了更有力的证明。
第—次世界大战后,1919至1920年间,康普顿到英国进修,在剑桥卡文迪许实验室从事研究。当时卡文迪许实验室正处于最兴旺发达的年代,许多年青有为的英国科学工作者从战场转到这里跟随卢瑟福、J·J·汤姆逊进行研究。
康普顿认为它是一个最鼓舞人心的年代,在这段时间里他不仅限卢瑟福建立了关系;而且也得以与汤姆逊会面。当时,汤姆逊对他的研究能力给以高度的评价,这极大地鼓舞了康普顿,使他对自己的见解更加充满信心。
康普顿跟汤姆逊的友好关系二直保持到生命的最后一刻。 在剑桥期间,由于高压X射线装置不适用,康普顿便改用γ射线进行散射实验。
这—实验不仅证实格雷(T·A·Gray)其他科学家早期研究的结果,同时也为康普顿对X射线散射实验作更深人的研究奠定了基础。 之后,康普领于1920年回到美国,在圣路易斯华盛顿大学担任韦曼·克劳(Wayman Crow)讲座教授兼物理系主任。
在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现。当时,康普顿把来自钼靶的X射线投射到石墨上以观测被散射后的x射线。
他发现其中包含有两种不同频率的成分,一种频率(或波长)和原来人射的X射线的频率相同,而另一种则比原来人射的父射线的频率小。这种频率的改变和散射角有一定的关系。
对于第一种不改变频率的成分可用通常的波动理论来说明,因为根据光的波动理论,散射不会改变入射光的频率。而实验中出现的、第二种频率变小的成分却令人费解,它无法用经典的概念来说明。
面对这种实验所观测到的事实,康普顿于1923年提出了自己的解释。他认为这种现象是由光量子和电子的相互碰撞引起的。
光量子不仅具有能量,而且具有某些类似力学意义的动量,在碰撞过程中,光子把一部分能量传递给电子,减少了它的能量,因而也就降低了它的频率。另外,根据碰撞粒子的能量和动量守恒,可以导出频率改变和散射角的依赖关系,这也就能很好地说明了康普顿所观测到的事实。
这样一来,人们不得不承认:光除了具有早巳熟知的波动性以外,还具有粒子的性质。这就说明了一束光是由互相分离的若干粒子所组成的,这种粒子在许多方面表现出和通常物质的粒子具有同样的性质。
康普顿的这一科学研究成。
2.康普顿散射 意义
写研究的意义就是吹牛 说说什么是康普顿散射、康普顿散射对什么什么有重大意义,通过研究什么什么我学会了什么什么,基本上你有课本,前言或者绪论就有一大篇吹牛B的东西可以写进去 另外给出一些康普顿散射和逆散射的应用意义给你,不知道你课题具体搞什么,可不可以参考你自己看看吧: 康普顿效应对放射生物学十分重要,由于它是高能量X射线与生物中的原子核间,最有可能发生的相互作用,因此亦被应用于放射疗法。
材料物理中,康普顿效应可以用于探测物质中的电子波函数。 康普顿效应也是伽马射线光谱学中的重要效应,它是导致(光谱图表上)康普顿边缘的原因,因为伽马射线有可能被散射出所用的探测器以外。
康普顿抑压法(用较廉价的探测器去包围较高价的主探测器)被用于探测走散的散射伽马射线而抵消此作用带来的影响。 逆康普顿散射在天体物理学上有重要意义。
在X射线天文学中,黑洞周围的吸积盘被认为会产生热辐射。此辐射所产生的低能光子会与黑洞的晕中的相对论性电子发生逆康普顿散射,从而获得能量。
此现象被视为是吸积黑洞的X射线光谱(0.2-10千电子伏)中幂次项的成因。 当宇宙微波背景辐射穿过星系团周围的热气体时,逆康普顿效应亦能被观测到。
宇宙微波背景辐射的光子被气体中的电子散射到更高的能量去,即所观测到的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应。
3.光量子、波动性、光电效应、康普顿效应
1.这个问题我有点不明白,光量子学说是爱因斯坦提出的,普朗克提出了量子假说,光量子分裂是光子分裂的意思吗?光子分裂问题现在没有试验事实观测到,但是有人提出这种假说。
2.光电效应和整个被吸收,如果是部分吸收,肯定可以观测到剩余的部分光子,第一个问题已经说了,目前没有观测到光子分裂,所以,光电效应这个实验肯定不会有部分吸收,不然会在这个相比简单的实验中观测到光子分裂的证据。
3.康普顿效应本身就证明了光量子和实物粒子一样具有碰撞过程动量守恒,能量守恒,所以和实体碰撞一样,能量肯定是部分吸收,不可能是湮灭光量子吸收的方式。
4.光子的能量大小用频率来表示,频率大能量大,频率小能量小,吸收光子部分能量,让光子频率改变,实现康普顿效应中光子部分能量分离,但是没有破环光子的量子性,这和爱因斯坦光量子学说不矛盾。
5.如上,能量被吸收了,光子频率边小。
6.就目前来看,围观粒子的量子性没有违反的现象,不曾听说有半个微观粒子一说,只有把粒子一分再分,但是始终没有出现过非整数个数的粒子。
7.康普顿效应中,光子和电子在极短的时间(大概是10分-10次方秒)发生碰撞,光子的波长(或考虑为频率)的改变量随散射方向和入射方向之间的夹角的增大而增加。碰撞过程中,光子与自由电子发生完全弹性碰撞,电子获得一部分能量,散射的光子能量减小,频率减小,波长变长。可以想象下打桌球,白球作为光子去碰撞另一个球,使两个球的方向的速度以及自旋加速度都改变,唯一不同的是白球在碰撞后变色了。
8.电子从高低能级之间的跃迁,只能吸收或者放出整数倍的光子,所以这里吸收的能量是光子的部分能量,应该不会发生能级跃迁,但是要考虑到电子能级跃迁所需要的能量是不是具有一定的累积性,如果是的话,在碰撞这么段的时间内多个光子连续碰撞一个电子,极有可能提供等同于吸收一个光子的能量使得电子跃迁,但是这要求散射光子的电子不是自由电子,有这种可能性的原因是在不导电的石蜡中也有康普顿效应,然而这任然是很偶然的。至于让电子自旋角动量改变,也是一样几乎不可能,因为电子自旋角动量也是量子态的。不能像抽陀螺那样让陀螺转的更快,而只能是提供给陀螺特殊的力量,让陀螺在几个量子化的角速度下转。所以,只能是很特殊的自由电子才会使光子发生康普顿效应,散射光子后,电子得到动量,处于更激发的能态。
9.量子论和相对论本质的完全矛盾的,所以爱因斯坦认为量子论可以被替代。量子论认为世界的本质是不确定的,相对论认为世界的本质实际确定的。
10.这些问题的根源在于光的波粒2像性,光子这个特殊的客观事物,他具有与一般微观粒子不同的性质。光子的能量是频率表现的连续的能量态,但是光子本身是量子态不连续的,其他微观粒子,比如电子,他吸收和释放能量只能是量子态的,不具有光子所具有的连续的用频率表示的能量。而当电子是自由电子时,他具有了动量,具有了和宏观粒子相似的吸收连续能量的性质后和光子这种特殊的粒子作用,使得情况变的发杂。但是,这和量子论并不矛盾,应为在康普顿效应发生碰撞的一瞬间,我们确定了电子的位置,所以,是不可能确定电子的速度的,如果我们知道光子被整数倍吸收,那么,只要仪器够先进,肯定可以测得被吸收的光子数目,这样,就确定了电子的速度。量子力学的支柱就是不确定性原理,我们不可能既知道粒子的位置,又知道粒子的速度。
11.抓住最基本的原理来看问题,考虑问题始终不要想当然的,如果不能理解,不能类比,最后像做几何证明题一样,始终用原理验证每一步是不是可以自洽。
这是我的一点经验,希望对你有用
补充下,楼主补充的“在一种解释说不通的时候用另一种解释,是不统一,而非矛盾”。“波粒二像性”是无数实验证明的理论,“不确定性原理”是整个量子力学的基础,但是作为很出色的理论,他们并不是大统一理论,物理学理论应该是用最简单最少的原理解释更多的几乎全部宇宙,但是现在并没有出现这样一个统一理论,爱因斯坦用了人生最后的几十年也没有做到大统一,所以,现在的物理学理论,不会有用一个理论就能解释所有现象。
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