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第三节
康普顿效应及其解释
传统的光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难。后来,爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下,提出了光子学说.
普朗克
爱因斯坦

光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射

1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时,发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波长更长的射线,其波长的改变量与散射角有关,而与入射线波长和散射物质都无关。
用X射线照射物体时,一部分散射出来的X射线的波长会变长,这个现象称为康普顿效应
康普顿正在测晶体对X 射线的散射
按经典电磁理论:
如果入射X光是某
种波长的电磁波,
散射光的波长是
不会改变的!
康普顿散射曲线的特点:
0外出现了移向长波方向的新的散射波长。
随散射角的增大而增大。
散射中出现≠0 的现象,称为康普顿散射。
波长的偏移为
=0
O
j
=45
O
j
=90
O
j
=135
O
j
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o
(A)


λ
波长
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0

光子的能量和动量
动量能量是描述粒子的,
频率和波长则是用来描述波的
光子的能量:
光子的动量:
二、经典电磁理论解释康普顿效应
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。
可以解释频率不变的一般散射。
无法解释波长改变和散射角的关系。
三、光子理论对康普顿效应的解释
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果,具体解释如下:
1. 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。
2. 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。
(碰撞过程满足动量守恒和能量守恒)
3. 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。
三、光子理论对康普顿效应的解释