原子量小的物质，原子实对外层电子的束缚弱,所以 康普顿效应明显。原子量大的物质，康~不明显。
4.康普顿散射公式
假设光子与电子发生 完全弹性碰撞。
h 0 p0 e0 c
e m0

h p e c
j
自由电子（静止）
能量守恒
动量守恒
h 0 m 0c
2
h e0 e mv c c
m m0 / 1v
2
反冲电子质量
/c
2
解得： Δλ
λ λ0
c ν

c ν0

12
h m 0c
( 1 cos θ) λ ( 1 cos θ)
c
λc
h m0 c
2 .34 10
m 为康普顿波长
5.说明几点
P

mv
'
其中
'
由
'
h m 0c
1 cos
j
求得
(j 90 )

（2）由动量守恒的矢量图知 P ' 1 1 P ' tg tg ' P 解（1） 由
' h
h m 0c
P


2
1 cos
j ,已知 j
mv
mec 根据：E k h h ' 9 . 42 10 17 ( J ) 1 P ' 44 . 0 （2） tg P

4.P150-22 设康普顿效应中入射 X 射线波长 =0.70nm ，散射线与入射线相垂直，求反冲电子 的动能 Ek；反冲电子的运动方向偏离入射 X 射线 的夹角 ( h 6 . 63 10 34 J s ; m e 9 . 11 10 31 kg ). 。
P'
规律： （1）波长的改变量
Δλ λ λ0 仅与散射角θ有关
I ( 相对强度
入射线
)
0
与散射物质，入射波长无关。
（2）原子量小的物质，康~明显。 原子量大的物质，康~不明显。

45
0

90
X-ray


0
135

j =0 O
. ... ........ . . . . . ... . ....... . .. . . . ... .... . . ... . . .... .. . ... . .. ... .. . . . . . . . .. .. .. ..... . . .
“X-Rays in theory and experiment”(1935)中 两图并列作为康普顿效应的证据 0
1.黑体辐射，光电效应及康普顿效应皆突出表 明了光的 （A）波动性; （B）粒子性; [ B ] （C）单色性 ; （D）偏振性. 2.康普顿效应说明在光和微观粒子的相互作用 过程中，以下定律严格适用: （A）动量守恒、动能守恒； （B）牛顿定律、动能定律； （C）动能守恒、机械能守恒； [ D ] （D）动量守恒、能量守恒。
康普顿效应
康普顿效应实验全面验证了光子论。 同时还表明：能量守恒定律，动量守恒定律这两条基 本定律在微观粒子的相互作用中同样严格成立。
1.实验装置
石墨对X射线的散射
X 射线管
X 射线谱仪
θ 散射光,0

0
光阑
2.实验现象与规律

石墨体 (散射物质)
康普顿效应 在 X 射线通过物质散射时，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。
0.700 0.750
散射曲线的三个特点： 1.除原波长0外出现了移 向长波方向的新的散射波 长 2.新波长 随散射角的增 大而增大
j =45O
j =90O
3.当散射角增大时 原波长 j =135O 的谱线强度降低 而新波长的 谱线强度升高
波长 （A） λ
o
•经典理论又一次遇到困难
经典散射理论：
2
1 1 m 0 c 1 hc 0
其中
γ
1 1 V c
2 2

5 4
解： 入射光子 P , , , 散射光子 P ' , ' , ' , 反冲电子动量为mv （1）反冲电子的动能 等 分析： 于光子能量的减少 1 1 E k h h ' hc
康普顿 （A. pton) 美国人(1892-1962） 康普顿在做康普顿散射实验
三、吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年 参加了发现康普顿效应的研究工作 1925—1926年 吴有训用银的X射线(0 =5.62nm) 为入射线 以15种轻重不同的元素为散射物质 在同一散射角( j
当波长0的射线入射后 使电偶极子受迫振动
发出散射波的波长在各方均是0
•康普顿采用了爱因斯坦的光量子假说
成功地解释了实验现象
进一步证明了光量子假说的正确性
3.效应的定性解释
光子与实物粒子一样能与电子发生碰撞。
光电效应：光子与自由电子发生完全非弹性碰撞。 （1）与内层紧束缚电子碰撞： 光子的方向改变，能量不变λ=λ0 康普顿效应 （2）与外层弱束缚电子碰撞： a.飞出反冲电子,带走一部分能量 b.光子的能量减小。hν<hν0 ,λ>λ0
120
0
)测量各种波长的散射光
强度 做了大量 X 射线散射实验 对证实康普顿效应作出了重要贡献
吴有训
的康普
顿效应
散射实 验曲线
j 120
0
曲线表明 1. 与散射物质无关 仅与散射角有关 2.轻元素 I I 重元素 I I
0
0
意义: 证实了康普顿效应的普遍性 证实了两种散射线的产生机制 －外层电子(自由电子)散射 0－内层电子(整个原子)散射 在康普顿的一本著作 19处引用了吴的工作 吴有训 (1897—1977)
3.假定在康普顿实验中，入射光的波长 λ0=0.0030nm,反冲电子的速度V=0.6c,求散射光 的波长λ 。
( h 6 . 63 10
34
J s ; m e 9 . 11 10
31
kg ).
解： 反冲电子的动能等于光子能量的减少
E ek 0
2
mc
2
m0c h h 0
c 1 cos
0

X-ray


①.散射波长改变量 的数量级为 10-12m， 对于可见光波长 ～10-7m，<<，在光谱仪 中 与0分辨不开,所以观察不到康普顿效应。 对于X光波长 =7.1*10-2nm，～，可 观察到康普顿效应。
3.康普顿散射实验的意义 支持了“光量子”概念 进一步证实 了 = h 首次在实验上证实了爱因斯坦提出的 “光量子具有动量”的假设 P = E/c = h/c = h/ 证实了在微观的单个碰撞事件中 动量和能量守恒定律仍然成立 康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖
0 . 0724 ( nm )