第六节 康普顿效应

一、康普顿效应介绍

1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长λ0的x光外，还产生了波长λ>λ0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应(Compton Effect)。用经典电磁理论来解释康普顿效应时遇到了困难，康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释。我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。     Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(θ/2)

1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分。这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。康普顿将0.71埃的X光投射到石墨上，然后在不同的角度测量被石墨分子散射的X光强度。当φ=0时，只有等于入射频率的单一频率光。当φ≠0（如45°、90°、135°）时，发现存在两种频率的散射光。一种频率与入射光相同，另一种则频率比入射光低。后者随角度增加偏离增大。

实验结果：

(1)散射光中除了和原波长λ0相同的谱线外还有λ>λ0的谱线。波长的改变量Δλ=λ-λ0随散射角φ(散射方向和入射方向之间的夹角)的增大而增加。

康普顿效应

对于不同元素的散射物质，在同一散射角下，波长的改变量Δλ相同。波长为λ的散射光强度随散射物原子序数的增加而减小。康普顿利用光子理论成功地解释了这些实验结果。X射线的散射是单个电子和单个光子发生弹性碰撞的结果。碰撞前后动量和能量守恒，化简后得Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(φ/2)称为康普顿散射公式。

二、疑点：

康普顿散射最大的疑惑是对于光的散射来说，它怎么可能与角度有关，对于物质本身来说它为什么非要到那个角度再发生散射，这不符合哲学，太不可思议了。就好像科幻片一样，电子端着个枪到45度打一枪，再到90度再打一枪，到135度打一枪，再到180度再打一枪，而且很精准。康普顿散射实验选用的入射光是0.71埃的X光，这几乎是波长最短的X光，如果用波长最长的X光实验的结果会是什么样的呢？康普顿散射公式还管用吗？用红光、紫光、蓝光做入射光，结果又会怎样？康普顿散射公式还管用吗？