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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。
X光管
光阑
散射
物质
康普顿实验装置示意图
X光检测器
晶体
一、康普顿效应
(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。
康普顿发现，在散射光中除了有与入射光波长λ0 相同的射线之外，同时还出现一种波长λ大于λ0 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。
(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
散
射
与
角
度
的
关
系
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。
二、光子理论的解释
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：
二、光子理论的解释
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。
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。
康普顿效应的定量分析
θ
X
X
e
φ
X
φ
θ
由能量守恒：
由动量守恒：
最后得到：
电子的康普顿波长。
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。
计算的理论值与实验值符合得很好。
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。
解：(1) 散射后X射线波长的改变为
x
y
x
y
Pe

h/ 0
h/
例题13-5 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。
0
0.02
nm
l
=
所以散射X的波长为
(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
(3) 根据动量守恒，有

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