§ 18-3 康普顿效应
1,康普顿效应
康普顿研究了 X射线
经物质散射的实验,进
一步证实了爱因斯坦的
光子概念。
康普顿 吴有训
?
X光
管
光
阑
0?
散射
物质
康普顿实验装置示意图
X光检测
器晶体
康普顿效应
康普顿发现,在散射光中除了有与入射光波长 λ 0
相同的射线之外，同时还出现一种波长 λ 大于 λ 0
的射线 。 这种改变波长的散射称为 康普顿效应。
我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：
(1)波长的偏移 随散射角 而异 ;
当散射角增大时,波长的偏移也随之增加,而且随
着散射角的增大,原波长的谱线强度增大。
0??? ??? ?
(2) 在同一散射角下，对于所有散射物质,波长的偏
移 都相同,但原波长的谱线强度随散射物质的原子
序数的增大而增加,新波长的谱线强度随之减小。
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康普顿效应
康
普
顿
散
射
与
角
度
的
关
系
(a)
(b)
(c)
(d)
相
对
强
度
.,
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0.700 0.750 波长 (?)
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康普顿效应
2,光子理论的解释
根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，
物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射
光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射
光频率。光的波动理论无法解释康普顿效应。
2.1 光子理论对康普顿效应的解释
光子理论认为康普顿效应是光子和自由电子作
弹性碰撞的结果，具体解释如下：
?因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所
以波长改变和散射角有关。
?若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量
传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的
波长大于入射光的波长。
?若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将
与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子
质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不
变，波长不变。
康普顿效应的解释
2.2 康普顿效应的定量分析
由能量守恒,
由动量守恒,
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c
h
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康普顿效应的解释
最后得到：
此式说明：波长改变与散射物质无关,仅决定于散
射角；波长改变随散射角增大而增加。
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0
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ccm
h ?????
m10432 12
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cm
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c? 电子的 康普顿波长 。
计算的理论值与实验值符合得很好。
康普顿效应的解释
X射线的散射现象，理论与实验的符合，不
仅有力地证实了光子理论，而且也证实了能量守
恒和动量守恒两条定律，在微观粒子相互作用的
基本 过程 中，也同样严格地遵守。
康普顿效应的解释
例题 18-5 波长为 的 X射线与静止的自由电子
碰撞,现在从和入射方向成 角的方向去观察
散射辐射,求, (1) 散射 X射线的波长 ;(2)反冲电子的
能量 ;(3)反冲电子的动量。
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x
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解 (1)散射后 X射线波长的改变为
康普顿效应
所以散射 X的波长为
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mm
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316
1024.2102
104.21031063.6
1066.6107.10
1111
121834
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(2) 根据能量守恒,反冲电子获得的能量就是入射光子与
散射光子能量的差值,所以
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(3) 根据动量守恒,有
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康普顿效应
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的射线 。 这种改变波长的散射称为 康普顿效应。
我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：
(1)波长的偏移 随散射角 而异 ;
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光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射
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2.1 光子理论对康普顿效应的解释
光子理论认为康普顿效应是光子和自由电子作
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