《张朝阳的物理课》讨论康普顿散射进一步证明光量子假说康普顿(行情603798|诊股)散射公

康普顿(行情603798,诊股)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。
“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v1，光子与电子撞击之后以θ角度出射，并且频率变为v2 。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。”
（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
【《张朝阳的物理课》讨论康普顿散射进一步证明光量子假说】可以将电子的散射角度φ消掉得到：
而对于能量守恒的方程，可以通过移项使得光子部分与电子部分分别在等号的两边，得到光子散射前后的频率之差与电子散射前后的动质量之差的关系：
联立上述两方程消去之后，最终可以得到描述散射光子的波长与散射角度之间关系的公式：
张朝阳告诉网友，康普顿做完这个光子与电子散射的实验，发现实验结果中光子的波长变化与散射角度的关系符合上述公式，以此证明了爱因斯坦光量子假说的正确性。
介绍德布罗意波物质也具有波粒二象性
“不过，是不是只有光这种特殊的物质才具有波粒二象性呢？”张朝阳用一个提问，引出另一位为量子力学作出巨大贡献的物理学家——德布罗意。德布罗意指出，所有的物质都具有波粒二象性，并类比与光相关的公式，得出了物质波公式，给出了物质波的频率与物质粒子的能量，以及波长与粒子的动量之间的关系。
（德布罗意公式）张朝阳进一步说明，电子束可以像光或水波一样发生衍射。但是，多数情况下，由于像网球或人这样的常见物体的波长太小，物质波无法对日常活动产生实际影响。他指出，“而接下来要介绍的电子衍射实验，能很好地证明德布罗意波公式。”
电子单缝衍射实验符合海森堡不确定性原理

《张朝阳的物理课》讨论康普顿散射 进一步证明光量子假说

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