第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应
1920年，美国物理学家康普顿在观察 X射线被物质散射时，发现 散射 线中含有 波长 发生 变化 了的成分,
一 实验装置第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应经典电磁理论预言，
散射辐射具有和入射辐射一样的频率,经典理论无法解释波长变化,
二 实验结果
0
45
90
135
（相对强度）
（波长）?
I
0?
0?
在散射 X 射线中除有与入射波长相同的射线外，
还有波长比入射波长更长的射线,
三 经典理论的困难第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应
0?
00?v
x
y光子电子电子反冲速度很大，需用 相对论力学 来处理,
（ 1） 物理模型入射光子（ X 射线或 射线）能量大,?
固体表面电子束缚较弱，可视为 近自由电子,
四 量子解释
x
y
电子光子?
电子热运动能量,可近似为 静止电子,?h
eV10~10 54?hE? 范围为：
第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应
c o s2 2 0
2
2
22
2
2
0
2
22
c
h
c
h
c
hmv
（ 2） 理论分析
x
y
0
0 e
c
h
ech
v?m
e?
0e
2200 mchcmhv
能量守恒
v me
c
he
c
h
0
0
动量守恒
)(2)c o s1(2)1( 020024202
2
42 hcmhcm
c
cm v
第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应康普顿波长 nm1043.2m1043.2 312
0
C

cm
h?
)c o s1(
00

cm
hcc
)(2)c o s1(2)1( 020024202
2
42 hcmhcm
c
cm v
2/122
0 )/1(
cmm v
2
s in2)c o s1( 2
00

cm
h
cm
h康普顿公式
0
第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应散射光波长的改变量 仅与 有关
0,0
Cm a x 2)(,π
散射光子能量减小
00,
)c o s1()c o s1( C
0

cm
h康普顿公式
（ 3） 结论
x
y
0
0 e
c
h ec
h
v?m
e?
0e
第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应
（ 4） 讨论
（ 5） 物理意义若 则,可见光观察 不 到康普顿效应,C0
0
光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性,
微观粒子也遵守 能量守恒 和 动量守恒 定律,
与 的关系 与物质无关,是光子与近自由电子
间的相互作用,
散射中 的散射光是因 光子 与金属中的 紧束缚0
电子 （原子核）的作用,
)c o s1()c o s1( C
0

cm
h康普顿公式第十九章 量子物理19 – 3 康普顿效应解（ 1） )c o s1(C CC )90c os1(
eV2 9 5)1( 0
00
2
0
2
k

hchchccmmcE
例 波长 的 X射线与静止的自由电子作弹性碰撞,在与入射角成 角的方向上观察,问m101,0 0
- 1 00
90
（ 2） 反冲电子得到多少动能？
（ 1） 散射波长的改变量 为多少？
（ 3） 在碰撞中，光子的能量损失了多少？

m1043.2 12
（ 2） 反冲电子的动能
（ 3） 光子损失的能量＝反冲电子的动能