第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
1
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 发生了 变化 的成分 —— 散射束中除了有与入射束波长?0 相同的射线，还有波长? >?0 的射线,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
2
一 实验装置第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
3
二 实验结果
0
45
90
135
（相对强度）
（波长）?
I
0?
0?
1 波长的偏移
( ) 与散射角有关,
0
2 与散射物体无关,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
4
三 经典理论的困难按 经典 电磁理论，带电粒子受到入射电磁波的作用而发生受迫振动，从而向各个方向辐射电磁波,散射束 的频率应与 入射束 频率 相同,带电粒子仅起能量传递的作用,
可见,经典理论无法解释波长变长的散射线,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
5
1 物理模型入射光子（ X 射线或 射线）能量大,?
四 量子解释
eV10~10 54?hE? 范围为,
0?
00?v
x
y光子电子?
x
y
电子光子?
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
6
电子反冲速度很大，用 相对论力学 处理,
电子热运动能量,可近似为 静止电子,
h
固体表面电子束缚较弱，视为 近自由电子,
0?
00?v
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电子光子?
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
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(1)入射 光子 与散射物质中束缚微弱的电子 弹性 碰撞 时,一部分能量传给电子,
散射光子 能量减少,频率下降,波长变大,
2 定性分析
(2)光子 与原子中束缚很紧的电子发生碰撞，近似与整个 原子 发生弹性 碰撞 时，
能量不会显著减小，所以散射束中出现与入射光 波长相同 的射线,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
8
3 定量计算
x
y
0
0 e
c
h
ech
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0
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动量守恒
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能量守恒
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2
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康普顿波长
m 1043.2 12
0
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康普顿公式
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第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
11
散射光波长的改变量 仅与 有关,
00,
Cm a x 2)(π,
散射光子能量减小
00,
4 结论
x
y
0
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第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
12
5 讨论若 则,可见光观察 不 到康普顿效应,
C0 0
光具有波粒 二象性一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
13
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 紧束缚电子 的作用,原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显,
0
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
14
6 物理意义光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性,
微观粒子的相互作用也遵守 能量守恒 和 动量守恒 定律,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
15
例 1 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：
m 101,0 0 - 1 00
90
（ 2） 反冲电子得到多少动能？
（ 3） 在碰撞中，光子的能量损失了多少？
（ 1） 散射波长的改变量 为多少？?
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
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（ 1） )c o s1(
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（ 2） 反冲电子的动能
（ 3） 光子损失的能量＝反冲电子的动能解第十五章 量子物理物理学第五版
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本章目录选择进入下一节：
15-4 氢原子的玻尔理论
15-3 康普顿效应
15-2 光电效应 光的波粒二象性
*15-5 弗兰克 -赫兹实验
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
15-7 不确定关系
15-3 康普顿效应物理学 第五版
1
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 发生了 变化 的成分 —— 散射束中除了有与入射束波长?0 相同的射线，还有波长? >?0 的射线,
第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
2
一 实验装置第十五章 量子物理
15-3 康普顿效应物理学 第五版
3
二 实验结果
0
45
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（相对强度）
（波长）?
I
0?
0?
1 波长的偏移
( ) 与散射角有关,
0
2 与散射物体无关,
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4
三 经典理论的困难按 经典 电磁理论，带电粒子受到入射电磁波的作用而发生受迫振动，从而向各个方向辐射电磁波,散射束 的频率应与 入射束 频率 相同,带电粒子仅起能量传递的作用,
可见,经典理论无法解释波长变长的散射线,
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1 物理模型入射光子（ X 射线或 射线）能量大,?
四 量子解释
eV10~10 54?hE? 范围为,
0?
00?v
x
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电子反冲速度很大，用 相对论力学 处理,
电子热运动能量,可近似为 静止电子,
h
固体表面电子束缚较弱，视为 近自由电子,
0?
00?v
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(1)入射 光子 与散射物质中束缚微弱的电子 弹性 碰撞 时,一部分能量传给电子,
散射光子 能量减少,频率下降,波长变大,
2 定性分析
(2)光子 与原子中束缚很紧的电子发生碰撞，近似与整个 原子 发生弹性 碰撞 时，
能量不会显著减小，所以散射束中出现与入射光 波长相同 的射线,
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3 定量计算
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康普顿波长
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0
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散射光波长的改变量 仅与 有关,
00,
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x
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5 讨论若 则,可见光观察 不 到康普顿效应,
C0 0
光具有波粒 二象性一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著,
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13
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 紧束缚电子 的作用,原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显,
0
第十五章 量子物理
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6 物理意义光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性,
微观粒子的相互作用也遵守 能量守恒 和 动量守恒 定律,
第十五章 量子物理
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例 1 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：
m 101,0 0 - 1 00
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（ 2） 反冲电子得到多少动能？
（ 3） 在碰撞中，光子的能量损失了多少？
（ 1） 散射波长的改变量 为多少？?
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（ 1） )c o s1(
C CC )90c o s1(
eV 295)1( 0
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（ 2） 反冲电子的动能
（ 3） 光子损失的能量＝反冲电子的动能解第十五章 量子物理物理学第五版
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15-3 康普顿效应
15-2 光电效应 光的波粒二象性
*15-5 弗兰克 -赫兹实验
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
15-7 不确定关系
