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第16章量子物理基础第6篇近代物理基础(量子3)康普顿散射粒子的波动性§16.3康普顿（Compton）效应1923年美国物理学家Compton研究了x射线通过物质后的散射，进一步证实了光的量子性。康普顿散射实验装置示意图石墨X光管获1927年诺贝尔奖摄谱仪石墨摄谱仪射线散射线中除有与入射x射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的散射线，这种现象叫康普顿散射实验规律:3.原子量越小的物质，康普顿效应越显著。

随散射角

的增大而增加，且新谱线的相对强度也增大。2.

与散射物质、原波长

均无关。经典理论无法解释康普顿效应光子论对康普顿效应的解释光子和实物粒子一样，能与散射物中的自由电子发生弹性碰撞，即满足动量守恒和能量守恒。碰撞时光子把自己的一部分能量传给了散射物中的自由电子，因而发生散射的光子能量减少，由知，散射光子的频率将比入射光子小，即波长比入射光子长。按经典电磁波理论，x射线通过物质时,引起物质中带电粒子作同频率的受迫振动，振动的带电粒子向周围辐射电磁波,成为散射光。散射光的频率应等于入射光的频率。且因电磁波是横波，在

=90°的方向应无散射。即经典电磁波理论只能解释波长不变的散射。康普顿效应的定量分析ee动量守恒光子的能量和动量电子的能量和动量碰前光子沿x方向运动,动量为上两式平方后相加①碰后光子沿散射,动量为电子沿反冲,动量为e能量守恒入射光子能量散射光子能量反冲电子能量①②②式两边平方后减①，再由质速关系整理得于是得到波长改变公式电子碰前静止能量为称为康普顿波长上式表明:(1)仅与散射角

有关，而与散射物及入射x射线的波长无关。最大，这与实验结果是一致的。（2）的数量级为

,而可见光波长为，所以可见光入射看不到Compton效应。即波长短的光量子效应显著。康普顿效应进一步证明了光的粒子性，同时也证明了动量守恒和能量守恒具有普适性，相对论效应在宏观和微观领域都存在。例1在康普顿效应中，入射光的波长为3×10-3nm，电子反冲的速度为0.6c，求散射光的波长和散射角。解λ=3×10-3nm，v

=0.6c

，m0=9.1×10-31kg，h=6.63×10-34

J·s，c=3×108m/s解例2波长为

0

=0.02nm的

x

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