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康普顿效应和波粒二象性
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光的波粒二象性
相对论能量和动量关系
（2）粒子性： （光电效应等）
（1）波动性：光的干涉和衍射
光子
康普顿效应和波粒二象性
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描述光的
粒子性
描述光的
波动性
光子
康普顿效应 波粒二象性
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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.
康普顿散射
康普顿效应 波粒二象性
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实验原理和装置
康普顿效应 波粒二象性
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实验结果
（相对强度）
（波长）
1 波长的偏移
( ) 与
散射角有关.
2 与散射物体无关.
康普顿效应 波粒二象性
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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.
康普顿效应 波粒二象性
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1 物理模型
入射光子（ X 射线或 射线）能量大 .
量子解释
范围为：
光子
电子
电子
光子
康普顿效应 波粒二象性
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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.
固体表面电子束缚较弱，视为近自由电子.
光子
电子
电子
光子
康普顿效应 波粒二象性
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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.
康普顿效应 波粒二象性
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3 定量计算
动量守恒
能量守恒
康普顿效应 波粒二象性
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(3) 对谱线的强度、宽度、偏振等一系列问题无法处理.
(4) 半经典半量子理论,既把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征.
缺陷
(1) 无法解释比氢原子更复杂的原子.
(2) 微观粒子的运动视为有确定的轨道.

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