光电效应与康普顿效应比较
光电效应与康普顿效应的区别
光电效应与康普顿效应的区别光电效应与康普顿效应是物理学领域两种重要的现象，它们都涉及到光与物质的相互作用。
本文将详细讨论光电效应与康普顿效应的区别，并解释它们的原理、实验结果以及在实际应用中的重要性。
光电效应是指当一束光照射到金属表面时，如果光的频率大于或等于金属的功函数，即从金属表面将有电子被逸出。
这一效应在1905年由爱因斯坦提出，并为他赢得了诺贝尔物理学奖。
光电效应表明了光可以作为粒子（光子）来描述，且每个光子具有确定的能量。
根据经典电磁理论，当光照射到金属表面时，光的能量应该被均匀地传递给金属晶格中的电子，然后电子通过热激励被逸出。
然而实验观察到，只有当光的频率大于某个临界频率时，才会发生电流的流动。
这与光的频率无关，而与光的强度有关。
根据经典电磁理论，这是无法解释的。
为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光的粒子性理论，即光的能量以离散的方式传递给金属表面的电子，而不是以连续的方式。
当光子的能量大于金属的功函数时，能量差将被转化为电子的运动能量，电子被逸出。
由此可见，光电效应是一种粒子-物质相互作用的过程。
与之相比，康普顿效应是光与物质中的自由电子相互作用的现象。
康普顿效应通过散射光子研究了光的波粒二象性。
当X射线或伽马射线与物质中的电子碰撞时，光子的能量部分被电子吸收，并导致电子获得动能。
根据经典波动理论，散射光子的波长应与入射光子的波长相等，而不应该发生波长的移动。
然而实验观察到，入射光子的波长会发生变化，并且变化的波长与散射角度有关，而与入射光子的能量无关。
这一现象表明光也具有粒子性的特征，光的粒子被称为光子。
康普顿效应的理论解释是基于相对论和量子力学的。
根据康普顿散射定律，入射光子与电子的相互作用结果是光子被散射，其动量和能量发生变化。
根据相对论关系式和能量守恒定律，可以推导出康普顿散射公式，即散射光子的波长变化与散射角度和光子的初始波长有关。
康普顿效应表明光是以粒子的形式通过物质传播的，且光子具有动量和能量。
光电效应与康普顿散射的区别
2.康普顿效应的实验事实与公式推导
• 2.1实验事实 • 当频率的光场入射时，其振动的电场分量将迫使电子在电场
振荡方向发生振荡，电子的受迫振荡将辐射出频率的辐射， 其中。经典理论预言，散射电磁波的频率与电子入射频率的 作用时间，以及辐射强度有关。 然而康普顿的实验结果表明，散射电磁波的频率与入射X射 线的强度及曝光时间完全相关，仅与散射角度无关。经典图 像失效！ • 用量子物理来解释：光子的粒子特性使康普顿效应的解释变 得非常直接。X射线光子的部分能量通过碰撞给予了电子， 因此，散射的光子频率降低。
间没有外加电场，有光电子具有足够的动能从阴极飞到阳极，从而形
成光电流；只有当加一个反向电压，并且足够大以至于等于-时，就
是那些具有最大初动能的光电子，也必须将其初动能全部用于克服外
电场力做功，从而在外电场的作用下刚刚到达阳极，就返回阴极，使
其在回路中不形成光电流。
2020/11/29
历史意义
康
普 顿
光电效应康普顿效应两者区别现代应用1爱因斯坦对光电效应的理论解释2光电效应的实验验证11经典理论的困难12爱因斯坦光量子假说21光电效应的实验原理22光电效应的实验规律应效电光2018101411经典理论的困难?经典物理学认为光强越大饱和电流应该越大光电子的初动能也越大
光电效应与康普顿散射的区别
康普顿效应：康普顿效应是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。
康普顿效应：目前没 有大规模的工业应用， 主要运用于电子显微镜、 CT等实验设备，还有无 损探伤，在不便布设传 感器时测量物体厚度等； 亦可被应用于放射疗法， 探测物质中的电子波函 数等。
光的粒子性光电效应与康普顿散射
光的粒子性光电效应与康普顿散射光的粒子性是指光在某些情况下表现出粒子特性，即光也可以看作是由一定数量的粒子组成的。
而光电效应和康普顿散射是两种重要的现象，引发了对光的粒子性的研究和认识的深化。
一、光电效应：光电效应是指当光照射到金属表面时，光的能量会被金属中的电子吸收从而将电子从金属中解离出来的现象。
这个过程中，光的能量必须超过金属中电子的束缚能才能产生光电效应。
光电效应的现象与经典电磁波理论不符，无法解释。
正是由于经典理论无法解释光电效应，爱因斯坦提出了光的粒子性。
根据光的粒子性，光可以看作由一组能量量子组成的粒子，即被称为光子的粒子。
二、康普顿散射：康普顿散射是指高能光（通常为X射线或伽马射线）与物质中的电子碰撞后发生的一种散射现象。
这种散射不仅改变了光子的传播方向和能量，还使得电子获得一定的能量。
康普顿散射的发现为验证光的粒子性提供了有力的实验证据。
根据康普顿散射现象，我们可以得出结论：光可以看作是由一些能量量子（即光子）组成的粒子，与物质中的电子发生碰撞后会发生能量的交换。
三、光的粒子性的进一步认识：光的粒子性的认识不仅仅局限在光电效应和康普顿散射上。
随着科学的发展，人们还通过其他实验和理论对光的粒子性进行了深入的研究。
首先，光的粒子性可以通过光的干涉和衍射实验来验证。
经典的干涉和衍射理论是基于光的波动性，但是实验观测到的干涉和衍射现象无法完全用经典理论解释。
而当我们将光看作是由光子组成的粒子时，可以很好地解释干涉和衍射现象。
其次，光的粒子性也可以通过光的能量量子化来解释。
根据量子力学的理论，光的能量是以量子的形式存在的，即光的能量是以光子的形式传播的。
这就解释了光的能量具有离散的特点，光的能量量子化是实验观测到的一些现象的合理解释。
最后，光的粒子性还可以通过光的散射和吸收实验来进行验证。
光的散射和吸收过程中可以观察到能量的传递和转换，这与光的粒子性相吻合。
总结：光的粒子性通过光电效应和康普顿散射的实验证据得到了初步的认识，随着科学的不断进步和发展，对光的粒子性的认识也越来越深化。
光电效应和康普顿散射
光电效应和康普顿散射光电效应和康普顿散射是两种重要的物理现象，它们在量子力学和相对论物理领域都扮演着重要角色。
本文将分别对光电效应和康普顿散射进行深入探讨，以帮助读者更好地理解这两个现象的本质和影响。
光电效应是指当光束照射到金属表面时，金属材料中的自由电子受到激发而逸出金属表面的现象。
这一现象是由爱因斯坦在1905年在其光量子假说中首次提出的。
根据光电效应的基本原理，光子的能量必须大于金属材料的功函数（即光子的能量必须大于金属中束缚电子所需的最小能量），才能引起电子的逸出。
光电效应的光子能量与逸出电子的动能之间存在正比关系，这一关系被称为光电效应方程，即E=hf-Φ，其中E为电子的动能，h为普朗克常数，f为光子的频率，Φ为金属中的功函数。
康普顿散射是指当X射线束照射到物质表面时，X射线光子与物质中的电子发生散射并改变光子的能量和动量的过程。
这一现象是由美国物理学家康普顿在1923年首次观察到的。
康普顿散射的基本原理是根据光子的波粒二象性，当X射线光子与物质中的电子碰撞后，光子会失去能量并改变方向，而散射后的光子的能量与散射角度之间存在一定关系，这一关系被称为康普顿散射公式。
康普顿散射公式为Δλ=h/mc(1-cosθ)，其中Δλ为光子波长的变化量，h为普朗克常数，m为电子的质量，c为光速，θ为散射角。
综上所述，光电效应和康普顿散射是两种重要的物理现象，它们在解释光子-物质相互作用过程中起着至关重要的作用。
通过深入了解光电效应和康普顿散射的基本原理和公式，我们可以更好地理解光子在与物质相互作用时的行为规律，为应用于医学影像学、材料科学等领域提供理论基础和实际指导。
愿本文对读者有所帮助，引起更多关于光电效应和康普顿散射的思考与探讨。
光电效应和康普顿效应的区别和联系
光电效应和康普顿效应的区别和联系
曲成宽
( 北京印刷学院基础课部 )
光电效应和康普顿效应都是光子和电子相撞产生的现象, 作为光的粒子性的证明, 爱因斯坦和 康普顿分别作出了很好的解释。但是, 一个光子和一个电子相撞究竟产生哪种效应 , 是否两种效应 兼而有之, 却常常使初学者感到迷惑不解。本文运用经典的能量守恒理论和相对论理论分析与这 两种效应相联系的有关因素, 明确指出了两种效应产生的条件以及它们之间的区别和联系, 希望有 助于深刻理解这两种效应的机制和本质。为叙述简便 , 下面将分别用 G 效应和 K 效应表示光电效 应和康普顿效应。
m0v hc + m0c
2 4
( 11 ) 。
所得两个速率并不相等, 说明真空中的自由电子吸收光子的过程并非同时遵守两个守恒定律 , 因此 该过程是不会发生的。 同样, 也可以证明真空中运动的自由电子不能吸收光子。 只有处于束缚态的 电子 ! ! ! 束缚在原子中需电离而损失一定能量, 束缚在金属中需克服逸出功而损失一定能量 , 才 能满足能量守恒定律 h + m 0 c2 - W = m 0 c2 ( 12 ) 即具有一定束缚能(- W ) 的电子才能吸收光子而产生 G 效应。 当 v < < c 时, 式 ( 12 ) 则可过渡为 1 mv 2 + W 。 前面提到 , G 效应容易产生在钠、 钾、 铷和锶、 钡等拥有大量自 2 由电子的碱金属和碱土金属中。 以上各种金属的 W 不同 , 对电子束缚的程度也不同。 因此 , G 效应 爱因斯坦方程形式 h = 和作为靶的物质元素紧密相关。 紫外线有一定的穿透能力 , 金属深处的电子, 在离开金属表面以前 和晶格碰撞要失去一部分能量。 此外, 金属的温度、 金属内的杂质、 光子的偏振态和入射角都对 G 效 应产生影响。 爱因斯坦方程中的电子动能是等于 eV 的最大动能 , 它摒弃了上述因素的影响 , 只考 虑金属表面静止的仅受逸出电势束缚的自由电子。 爱因斯坦在解释 G 效应时 , 仅考虑到能量守恒 , 而没有考虑动量守恒。 按能量守恒方程 h = 1 2 能量守恒仅考虑光子、 电子和金属体, 而动量守恒就不能 2 m v + A 是无法得出动量守恒结果的。 h = m v 这一和能量守恒方程相悖的动量守恒方程。 前面以相 c & h 0 h 对论理论分析得到的和能量守恒方程相容的动量守恒方程 [ 式( 6) ] P e = n^ n 中 , 与 W 相关 ^ c c 0 h 0 的等效 动量 ^n 0 , 则通过电子传递给束缚它的金属晶格。 所以, 碰撞应以动量守恒的观点去加以 c 考虑, 看作是在光子与包括电子在内的金属之间进行。 这再次说明电子是被束缚的 , 并且可以定量 仅把光子和电子作为系统 , 去得到 地了解束缚程度。 K 效应是以动量和能量均守恒作为假设前提的。 康普顿认为光子和一静止的电子相撞 , 由于动 88
光电效应与康普顿散射
光电效应与康普顿散射光电效应和康普顿散射是量子物理学中的两个重要现象，对于理解光的特性和粒子的行为具有重要意义。
本文将分别介绍光电效应和康普顿散射的原理和应用，并探讨它们在现代科技中的应用。
一、光电效应光电效应是指当光照射在某些物质表面时，如果光的能量足够高，光子与物质内的电子相互作用，电子可能会被光子激发出来，从而产生电流。
这一现象的发现为量子论的形成做出了重要贡献，同时也为后来量子力学的发展提供了理论依据。
光电效应的原理可以用经典物理学和量子物理学两个模型解释。
在经典物理学中，光被看作是电磁波，当光的频率高到一定程度时，光子的能量足够大，可以克服物质对电子的束缚力，从而使电子逸出。
而在量子物理学中，光子被看作是粒子，其能量与频率成正比，光子的能量可以被吸收并转化为电子的动能，当能量足够高时，电子可以脱离原子表面。
光电效应在现代科技中有着广泛的应用。
例如，光电效应在太阳能电池中的应用就是将光的能量转化为电能的一种方式。
通过合适的材料选择和结构设计，太阳能电池可以将光子的能量转化为电子的动能，实现光能向电能的转换。
二、康普顿散射康普顿散射是指当高能X射线或伽马射线照射在物质上时，光子与物质内的电子发生碰撞，导致光子改变能量和方向的过程。
康普顿散射的发现证实了光的粒子性，并为粒子与波动性质之间的相互转化提供了实验证据。
康普顿散射的原理是，当高能光子与物质内的电子碰撞时，一部分光子的能量和方向发生改变。
根据能量守恒和动量守恒定律，我们可以推导出康普顿散射的数学表达式。
根据这个表达式，我们可以准确计算出光子散射后的能量和方向，从而得到散射角度与入射光波长的关系。
康普顿散射在医学影像学中有着重要应用。
通过探测散射光子的能量和方向变化，我们可以获得组织和器官的结构信息。
这种技术被广泛应用于X射线成像和伽马射线断层扫描等医学影像技术中，为医生提供了诊断和治疗上的重要依据。
三、光电效应与康普顿散射的联系与差异尽管光电效应和康普顿散射都涉及光子与物质内电子的相互作用，但两者的原理和过程有一些显著差别。
什么是光的光电效应和康普顿散射
什么是光的光电效应和康普顿散射？
光的光电效应和康普顿散射是现代物理学中两个重要的现象，用于解释光与物质之间的相互作用和能量转移。
下面我将详细解释光的光电效应和康普顿散射，并介绍它们的原理和应用。
1. 光的光电效应：
光的光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，会引起电子从材料中被解离出来的现象。
在光电效应中，光子的能量被转移给电子，使得电子获得足够的能量以克服束缚力，从而跃迁到自由态。
光的光电效应具有以下特征：
-光的光电效应与光子的能量有关，只有当光子的能量大于或等于材料的逸出功（即电离能）时，光电子才会被解离出来。
-光电效应与光的频率呈线性关系，即光的频率越高，光电子的能量越大。
-光电效应中解离出来的电子具有动能，可以通过测量电子的动能来确定光子的能量。
-光的光电效应在光电子学、光伏技术和光电传感器等领域有广泛的应用。
2. 康普顿散射：
康普顿散射是指当光子与物质中的自由电子发生碰撞时，光子的能量和动量发生改变的现象。
在康普顿散射中，光子与电子发生弹性碰撞，光子的能量减小，而电子获得能量和动量。
康普顿散射具有以下特征：
-康普顿散射与光子的能量和散射角度有关，散射角度越大，光子的能量损失越大。
-康普顿散射中散射出来的光子具有新的能量和方向，可以通过测量散射光子的能量和散射角度来确定入射光子的能量和动量。
-康普顿散射在核物理、医学影像学和材料科学等领域有广泛的应用。
光的光电效应和康普顿散射是光与物质相互作用的重要现象，它们帮助我们理解光的粒子性和波动性，以及能量和动量的转移过程。
深入了解光的光电效应和康普顿散射可以为光学应用和物质研究提供基础和指导。
光电效应和康普顿效应的比较
பைடு நூலகம்
光频率 Ｖ ＞ Ｖ ． ． ， 无论光 强度 多大都不能从物质中照射出电
子； 只要
ｖ ） ｖ 。 无论多微 弱的光都能从物质 中照射出电子， 且 电子 的最大初动能随 ＾ 射光频率的增大而增大。从波动 理论看 ， “ 电子的发射与光的照射 几乎是瞬时的”也是不
光电效应是指可见光或紫外线线 照射到金属上时 ， 可以使金属 可理解的。 深入细致分析原子中电子接收光的能量过程 ． 原子面积很小。 在单位时间内吸收 ＾ 射光的能量也很少 ， 需要很长时间才能发射电子。 ４ 、用光子理论解释光
【 理论广角 Ｉ Ｔ Ｈ Ｅ Ｏ Ｒ Ｙ ｏ Ｆ ＷＩ Ｄ Ｅ 一 ， Ｏ ， Ｉ ￣ Ｉ Ｇ Ｉ ． Ｉ Ｅ 】
光 电效应和康普顿效应的比较
张茂 盛
光子的数 目有关 ， 当光的频率一定时， 入射光强度大 ， 即
（ 商 丘师范学院 物理 与电气信息学院 河南 商丘 ４ ７ ６ ０ ０ ０） 摘要： 光电效应和康普顿效应是光的粒子 ｝ 生 最好例证。 在这两种现象中都包含了光子和运动速度远小 于光速的电子的相互作用。本文以光 学课程教学中反映出来的疑难问题为线索． 时光电效应和康普顿效应 作 了比较 系统的分析， 进一步总结出两种现象的物理本质、 规律及联系和区别， 以促进概念教 学。
而增大 ， 与光的强度无关。 从 入射光强度大即入射 光能量大 ， 金属 中电子吸收光的能量就大， 应该更容易发 生光 电效应且光电子动能越大。而实验却说明只要入射
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光电效应与康普顿效应的比较周嘉夫（天水师范学院物理与信息科学学院，甘肃天水741001）摘要: 光电效应和康普顿效应是光的粒子性的两个重要证据，通过对两效应实验规律的比较及产生条件的分析，论述两效应之间存在的本质差异，进一步说明光电效应和康普效应虽然都是光子与原子的作用过程，但产生条件和现象却是根本不同的。
关键词:光电效应康普顿效应光子散射电子自由电子差异能量作用比较The Comparison of Photoelectric Effect and Konpton EffectZhou Jiafu( School of Physics and Information Science, Tianshui Normal university, 741001) Abstract:Photoelectric effect and Compton effect is the particle nature of light are two important evidence. Effect of the two experiments and production of comparative law analysis of the conditions discussed between the two effects of differences in the photoelectric effect and further Compton Effect Although they are both the role of photon and atom, but phenomena arising from the conditions and it is step-by-step with the fundamental.Key words:Scattering, Electron, PhotoelectricEffect, Konpton Effec,Free Electron，Photon，Function，Energy，Comparison当频率为ν的光子与原子相互作用时,由于作用的形式及产生的后果不同，出现的现象主要有：①光子继续按原来的方式运动,就好象那儿没有原子存在一样,而原子也不受任何扰动;②产生光电效应,光子的能量被原子吸收,转移给某个电子,使该电子脱离原子的束缚(从原子中电离),形成一个自由电子和一个正离子;③产生康普顿效应,在该效应中,光子被原子内较松散的外层电子所散射,光子失掉一部分能量变为电子的反冲动能,散射光子的频率减小,由于原子核对外层电子束缚得很松,可把原子的外层电子看作自由电子。
除此之外,光子与原子的相互作用,还可能会产生其它一些更复杂的现象，这里不再赘述。
本文仅讨论将光电效应和康普顿效应作为光的粒子性的两个有力证据,说明光不仅具有分立的能量hv ,而且还具有一定的动量c hv 。
用爱因斯坦的光子理论可以圆满解释光电效应和康普顿效应的实验结果。
现行光学教材[1][2][3]中,均没有深入讨论两种效应的本质上差异。
为什么它们同是光子与电子的碰撞过程,却引起了截然不同的两种效应?本文从实验事实出发,对光电效应和康普顿效应规律和本质作了比较。
1 光电效应和康普顿效应实验规律的比较光电效应首先是由赫兹在1887年发现的。
光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫做光电效应。
金属中所逸出的电子叫光电子，这一名字仅为了表示它是由于光的照射而从金属表面飞出的这一事实。
其实它与通常的电子毫无区别，因此，光电子的定向移动所形成的电流叫做光电流。
光电效应的规律可归纳为以下几点:（1）要产生光电效应，入射光的频率必须0νν≥ (或0λλ≤)，0ν叫极限频率，对不同金属0ν的值不同，与0ν相应的波长值0λ叫极限波长。
如果人射光的频率0νν<（或0λλ>）则无论入射光强度多大，照射时间多长，都不会产生光电效应。
（2）从金属中释放的电子的最大初动能与光的强度无关，与光的频率有关。
光电子的最大初动能随入射光频率的增大而线性地增大。
（3）光电子的发射与光的照射几乎是同时的，它们之间的时间不会超过910-s 。
（4） 入射光频率大于极限频率时，饱和光电流(单位时间内发射的光电子数)与入射光强度成正比。
康普顿效应是表明光具有粒子性的另一个现象。
这现象首先是由康普顿于1922-1923年间发现的。
当波长很短的X 射线通过某种物质时，散射光中除了有原有波长0λ的X 射线外，还有较长波长λ的X 射线的散射现象称为康普顿效应。
康普顿效应的实验规律可归纳成如下两点:(1) 康普顿效应中波长的改变与散射角(散射线与人射线之间的夹角)θ的关系由康普顿散射公式确定，即0λλλ-=∆=-1(0λcos θ)，式中常数=0λ0.2463•A 叫做电子的康普顿波长，对于同一散射物质，波长差λ∆随θ角增大而增大，与入射光波长无关。
(2) 对于不同散射物质，在同样的散射方向上，波长差λ∆相同，但较长波长的射线强度随原子序数Z 的增大而减少[4]，即随着Z 的增加康普顿效应变得不显著。
1.1光的波动理论不能解释光电效应和康普顿效应在光电效应和康普顿效应中牵涉到的光子和个别电子的相互作用，光的波动理论是很难解释这种微观世界中的作用的，而必须用量子概念来解释。
光电效应实验规律的前两条说明光电效应与光的频率有决定性的关系:入射光频率ν必须大于等于极限频率0ν才能发生光电效应，且发射出光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光的强度无关。
从光的波动理论看这是无法理解的，入射光强度大即入射光能量大，金属中电子吸收光的能量就大，应该更容易发生光电效应且光电子动能越大。
而实验却说明只要入射光频率0νν<无论光强度多大都不能从物质中照射出电子，只要0νν≥，无论多微弱的光都能从物质中照射出电子，且电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。
从波动理论看，“电子的发射与光的照射几乎是同时的”也是不可理解的。
深入细致分析原子中电子接收光的能量过程，原子面积很小，在单位时间内吸收入射光的能量也很少，需要很长时间才能发射电子。
波动理论能解释实验规律的最后一条，但从整体看，从关键的实验事实看，应该认为波动理论不能解释光电效应的实验规律。
1.2用光子理论可以完满地解释光电效应和康普顿效应的物理本质及规律按照光子理论，当光射到金属表面时，金属中的电子把光子的能量νh (h 为普朗克常数)全部吸收，电子把这部分能量用作两种用途，一部分用来挣脱金属对它的束缚，即用作逸出功w ，余下一部分转换成电子离开金属表面后的动能221mv ，按能量守恒与转换定律，应有w mv h +=221ν，这就是有名的爱因斯坦光电效应方程。
利用这个方程能圆满地解释光电效应的所有规律。
对规律l ，根据电子吸收一个光子能量hv 逸出金属的动能0212≥mv ，由光电效应方程推理得到必w h ≥ν，其中w h =0ν， hw =0ν，不同金属逸出功w 不同，故极限频率不同，这就解释了极限频率的存在和不同金属极限频率不同。
对规律2，因为h 为一恒量，对一种金属w 为一定值。
所以，由爱因斯坦光电效应方程知，逸出电子的最大初动能随入射光频率的增大而线性地增大。
对规律3，当光子与金属中的电子相互作用时，电子能够一次性全部吸收掉光子的能量，因而光电效应的产生无需积累能量的时间，几乎是一触即发。
对规律4，光的强度大，即单位时间内入射金属表面的光的能量大，根据光子理论，光的能量与光的频率和光子的数目有关，当光的频率一定时，入射光强度大，即单位时间内入射的光子数目多。
所以，从金属中逸出的电子数目也多，逸出的光电子数与光的强度成正比。
同样用光子理论可以很方便地解释康普顿效应:入射光中的光子与物质中的电子作弹性碰撞，碰撞后光子的能量减少，由=E λνhc h =故波长变长，这就是较长波长的散射光。
原子外层的电子或轻原子的电子的结合能(-10ev)比X 射线能量(5410~10ev)要小得多，这些电子的动量也比光子的动量要小，因此作为近似，可以把这些电子看成是自由的并且是静止的。
在碰撞过程中，光子与电子作为一个系统遵守能量守恒定律与动量守恒定律。
对于原子内层电子，因结合能较大不能忽略，故电子不能看成是自由的，这时光子将与整个原子发生碰撞。
由于原子质量远大于光子质量，碰撞结果是光子能量改变甚微，光的波长几乎不变，这就是散射中有原散射光的原因。
随着Z 的增加，原子中结合能小的外层电子在全部电子中所占比例减小，即可以看成自由电子的电子数减少，而原波长的散射光增加，这就是随着Z 的增加康普顿效应变得不显著的原因，从而解释了第二条实验规律。
2 光电效应和康普顿效应的发生几率在宏观统计上是一致的光与物质相互作用时,可能出现许多现象,但按照量子力学,我们无法确切地预言这许多现象中到底哪一种实际会发生,只能给出各种现象可能出现的几率。
我们能说明的仅仅是每一种现象可能出现的几率,而对于任何单个的光子,我们永远也不能确切地预言它在与原子碰撞时究竟会产生那种现象。
虽然如此,但这并不是说就不能选择某种条件,使某种现象如光电效应成为主要过程,或者选择其它条件使康普顿效应成为主要过程。
实验表明,光电效应和康普顿效应发生的几率,主要由光子的能量来确定。
有人用实验得出如下结果[5]:分别使用1000个光子穿过0.1 mm 厚的铝箔和铅箔时,平均来说将发生什么效应呢?如果以能量为300 Kev 的1000个光子通过0.1 mm 厚的铅箔时,平均只有9--10个光子将产生康普顿效应、约有35个将产生光电效应,约955个光子则穿过铅箔,不受任何影响。
与此相反,若能量为30 Kev 的1000个光子通过0.1 mm 厚的铝箔时,大约只有5--6个光子将产生康普顿效应、约有920个参与产生光电效应,约75个光子则无扰动地通过铝箔。
总的来说,产生光电效应的几率随着光子的能量增加而迅速减小。
而在100--700 Kev 的能量范围内,重原子铅发生光电效应的几率要比轻原子铝要大得多。
另外,实验中还发现,光子能量为89Kev 时光电效应出现有趣的突变,说明要从铅原子中撞出一个内层的电子需要89Kev 的能量。
如果光子的能量正好比89Kev 稍大一些,铅原子的最内层电子因光电效应有很大的几率被撞出;若光子的能量正好比89Kev 稍小一点,它的能量就不足以使铅原子的最内层电子脱离原子而撞出。
与此对应,康普顿效应的几率有一个反方向的降落,究其原因,是由于光电效应的几率变的很大时,参与康普顿效应的光子便寥寥无几了。
因而光电效应成为主要过程或康普顿效应成为主要过程，或两效应均不明显等,都只是从它们发生几率上的一种统计结果。