康普顿散射实验介绍ppt课件
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康普顿散射
N
p
(θ
)
=
N (θ )R(θ )η(θ
)
4π Ω
将式（6）代入式（11）则有：
N p (θ )
=
dσ (θ ) dΩ
R(θ )η(θ )
4π Ω
N 0 N eΩf
由式（12）可得：
dσ (θ ) =
N p (θ )
dΩ R(θ )η(θ )4πN0 Ne f
（8） （9） （10） （11） （12） （13）
般用相对比较性求得微分截面的相对值 dσ (θ ) / dσ (θ0 ) ，如假定散射角θ = 0° 的微分散射 dΩ dΩ
截面的相对值为 1，其它散射角θ 的微分散射截面与其之比为
dσ (θ ) / dσ (θ0 ) = N p (θ ) / N p (θ0 ) dΩ dΩ R(θ )η(θ ) R(θ0 )η(θ0 )
别取：θ = 20°,40°,60°,80°,100°,120° 。
5. 测量上述散射角的本底谱。取下散射棒，记下和步骤 4 中相同时间内相同道数区间的本 底面积。
6. 导出微分散射截面与散射角θ 的关系，以及散射 γ 光子的能量与散射角θ 的关系。
思考题 1. 分析本实验的主要误差来源，试述有限立体角的影响和减少实验误差的方法。 2. 讨论实验值与理论值不完全符合的原因。
（14）
由式（14）可看出，实验测量的就是 N p (θ ) 。由表 1 和表 2 给出的数据，用内插法或作图
法求出 R(θ ) ，η(θ ) ，R(θ0 ) ，η(θ0 ) ，就可以求出微分散射截面的相对值。注意， N p (θ )
和 N p (θ0 ) 的测量条件必须相同。
E/Mev
η(θ )
《康普顿效应》课件
实验中的注意事项与误差控制
01
注意事项
02
1. 确保X射线源的强度适中，避免对实验装置造成过 大的负荷。
03
2. 确保散射物质的纯度和厚度，以减小误差。
实验中的注意事项与误差控制
• 保持实验环境的温度和湿度恒定，以减小误差。
实验中的注意事项与误差控制
01
误差控制
02
03
04
1. 使用高精度的测量设备， 如单色仪和光谱仪，以提高测
通过研究不同材料对康普顿效应的影响，可以为材料科学 中的光子控制、光子与物质相互作用等领域提供新的思路 和方法。
要点二
与生物医学的交叉研究
康普顿效应在生物医学领域具有潜在的应用价值，如光子 医学、光子成像等，通过跨学科合作可以推动这些领域的 发展。
THANKS
感谢您的观看
量精度。
2. 对实验数据进行多次测量 和平均，以减小误差。
3. 对实验数据进行合理的统 计和分析，以得出正确的结论
。
04
康普顿效应的应用 领域
天文学观测
观测遥远天体
康普顿效应可用于观测遥远的天体，通过分析星光与大气分子的相互作用，了 解天体的性质和结构。
探测暗物质
通过观测宇宙射线与大气分子的相互作用，利用康普顿效应可以间接探测暗物 质的存在。
光子与电子的相互作用过程中，光子的能量传递给电子，导 致光子的能量降低，同时电子获得能量并可能从原子中逸出 。
康普顿散射的过程与结果
康普顿散射是指当高能光子（如X射线或伽马射 线）与物质中的电子相互作用时，光子能量降 低并改变运动方向的现象。
在康普顿散射过程中，光子的能量降低，运动 方向发生改变，同时产生一个或多个低能光子 。这一过程可以用量子力学来描述。
光电效应康普顿效应PPT课件
阳极，光电流就为0，满足：
im2 i im1
Ua o
I2 I1
I2 I1
U
Ek max
1 2
m max 2
e |Ua |
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
6
第6页，共32页。
实验表明：
| Ua | k U0 ,
Ua Cs K Cu
式中 K 和U0 都是正数，K 是一个
o
普适恒量，不随金属的种类而变；
h m0c
(1
cos )
C (1
cos
)
（3）结论
散射光波长的改变量 仅与 有关
与 的关系与物质无关，是光子与自由电子
间的相互作用。
0, 0
y h nˆ c
π, ( )max 2C
h 0
c
nˆ 0
nˆ
x
散射光子能量减小
0 , 0
nˆ 0
mv
29
第29页，共32页。
康普顿效应
3
第3页，共32页。
2、光电效应的实验规律
光线经石英窗照在 光电管的阴极Ｋ上，就 有电子从阴极表面逸 出——光电子。
光电子在电场的作 用下向阳极Ａ运动，形
成光电流。
W 石英窗
阳A
极
K阴
极
A V
4
第4页，共32页。
光电效应的实验规律：
１）光电流与入射光强的关系 饱和光电流强度与入射光强
度成正比。
I饱和 Ne
截止电压与入射光强无 关，而与入射光频率具有线 性关系。
e
|Ua
|
1 2
m
2 max
1 2
m
2 max
im2 i im1
Ua o
I2 I1
I2 I1
U
Ek max
1 2
m max 2
e |Ua |
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
6
第6页，共32页。
实验表明：
| Ua | k U0 ,
Ua Cs K Cu
式中 K 和U0 都是正数，K 是一个
o
普适恒量，不随金属的种类而变；
h m0c
(1
cos )
C (1
cos
)
（3）结论
散射光波长的改变量 仅与 有关
与 的关系与物质无关，是光子与自由电子
间的相互作用。
0, 0
y h nˆ c
π, ( )max 2C
h 0
c
nˆ 0
nˆ
x
散射光子能量减小
0 , 0
nˆ 0
mv
29
第29页，共32页。
康普顿效应
3
第3页，共32页。
2、光电效应的实验规律
光线经石英窗照在 光电管的阴极Ｋ上，就 有电子从阴极表面逸 出——光电子。
光电子在电场的作 用下向阳极Ａ运动，形
成光电流。
W 石英窗
阳A
极
K阴
极
A V
4
第4页，共32页。
光电效应的实验规律：
１）光电流与入射光强的关系 饱和光电流强度与入射光强
度成正比。
I饱和 Ne
截止电压与入射光强无 关，而与入射光频率具有线 性关系。
e
|Ua
|
1 2
m
2 max
1 2
m
2 max
康普顿效应 课件 (共14张PPT)
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体
(散射物质)
X 射线谱仪
5
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质种 类及入射的X射线的波长0 无关，
6
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质种 类及入射的X射线的波长0 无关，
0
c
(1 cos
j)
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长
吴有训 （1897-1977）
12
E mc2
E h
h
m c2
P mc
h
h h
c2
c
c
13
E h
P h
动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的
14
效应。
8
根据电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带 电粒子将作受迫振动，过物质时，物质中带电粒 子将作受迫振动，射光频率应等于入射光频率。
无法解释波长改变和散射角的关系。
9
康普顿效应是光子和电子弹性碰撞的结果 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。 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
11
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 120)0测量
各种波长的散射光强度，作 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。
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。 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。
【2024版】康普顿效应ppt课件
Ek
6.63 1034 3.00 108 2.43 1012 2.00 1010 (2.00 1010 2.43 1012 )J
1.19 1017J
入射X光子的能量为
h 0
hc 0
6.63 1034 3.00 108 2.00 1010
J
9.95 1016J
6
(pton , 1892—1962)
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7
1
2. 光子与自由电子的碰撞
根据相对论，得
m
m0
1 u2 / c2
h
c
h 0
c
e
θ
x
e
碰撞过程中能量是守恒的，即
mu
h 0 m0c2 h mc 2 或 mc 2 h( 0 ) m0c2
由于碰撞过程动量守恒，得
(mu)2 ( h 0 )2 ( h )2 2( h 0 )( h )cos
解: (1) 波长的改变量为
Δ h (1 cos) 2.431012(1 cos 90 )m
m0c = 2.4310- 12m.
5
(2) 反冲电子所获得的动能Ek等于X光子损失的能量
所以 Ek mc 2 m0c2 h 0 h
hc hc
hcΔ
0 0 Δ 0 (0 Δ)
代入数据，得
= 2.426310581012 m。
(2) 在散射角相同的情况下，所有散射物质，波长的改变
量都相同。
3
三、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波的特性，而在与物质相 互作用过程中表现出粒子的特性。这就是说，光具 有波和粒子两方面的特性，称为光的波粒二象性。
波粒二象性的统计解释： 光是由具有一定能量、动量和质量的微观粒子组 成的，在它们运动的过程中，在空间某处发现它们 的概率却遵从波动的规律。
康普顿效应ppt课件
米氏散射
当光线通过大气中的气溶胶时，会发生米氏散射。米氏散射的散射强度与波长 的二次方成反比。
相关诺贝尔奖得主介绍
康普顿
康普顿因发现康普顿效应而获得 1927年诺贝尔物理学奖。
德布罗意
德布罗意提出物质波理论，认为所 有微观粒子都具有波粒二象性，并 因此获得1929年诺贝尔物理学奖 。
戴维森和汤姆逊
光学仪器设计
在光学仪器设计中，利用康普顿效应可以更好地控制和调 整光的传播路径和聚焦，提高仪器的准确性和稳定性。
医学成像与诊断
康普顿效应在医学成像与诊断中发挥了重要作用，如X射 线和CT成像技术，通过探测光子与物质相互作用产生的散 射和能量变化来获取人体内部结构信息。
对未来科技发展的启示
1 2 3
偏转角的大小取决于入射光子的能量、物质的性质以及碰撞过程中的散射角。
通过测量偏转角，可以研究物质的结构和性质，以及光子与物质的相互作用机制。
03
康普顿效应的实验验证
实验设备与材料
康普顿散射实验装置 光电倍增管
X射线源 测量仪器
实验步骤与操作
将X射线源放置在实验装置的一端 ，将光电倍增管放置在另一端， 用于检测散射后的X射线。
康普顿散射的过程
入射光子与物质原子或分子的电子发 生碰撞，传递能量和动量给电子。
散射光子的能量低于入射光子的能量 ，这是由于部分能量传递给电子。
电子获得能量后，跃迁到更高能级， 并释放出一个与入射光子方向不同的 散射光子。
康普顿效应的定量描述
康普顿散射的偏转角是一个重要的物理量，它描述了散射光子与入射光子之间的夹 角。
康普顿效应PPT课件
contents
目录
• 康普顿效应概述 • 康普顿效应的物理原理 • 康普顿效应的实验验证 • 康普顿效应的意义与影响 • 康普顿效应的扩展知识
当光线通过大气中的气溶胶时，会发生米氏散射。米氏散射的散射强度与波长 的二次方成反比。
相关诺贝尔奖得主介绍
康普顿
康普顿因发现康普顿效应而获得 1927年诺贝尔物理学奖。
德布罗意
德布罗意提出物质波理论，认为所 有微观粒子都具有波粒二象性，并 因此获得1929年诺贝尔物理学奖 。
戴维森和汤姆逊
光学仪器设计
在光学仪器设计中，利用康普顿效应可以更好地控制和调 整光的传播路径和聚焦，提高仪器的准确性和稳定性。
医学成像与诊断
康普顿效应在医学成像与诊断中发挥了重要作用，如X射 线和CT成像技术，通过探测光子与物质相互作用产生的散 射和能量变化来获取人体内部结构信息。
对未来科技发展的启示
1 2 3
偏转角的大小取决于入射光子的能量、物质的性质以及碰撞过程中的散射角。
通过测量偏转角，可以研究物质的结构和性质，以及光子与物质的相互作用机制。
03
康普顿效应的实验验证
实验设备与材料
康普顿散射实验装置 光电倍增管
X射线源 测量仪器
实验步骤与操作
将X射线源放置在实验装置的一端 ，将光电倍增管放置在另一端， 用于检测散射后的X射线。
康普顿散射的过程
入射光子与物质原子或分子的电子发 生碰撞，传递能量和动量给电子。
散射光子的能量低于入射光子的能量 ，这是由于部分能量传递给电子。
电子获得能量后，跃迁到更高能级， 并释放出一个与入射光子方向不同的 散射光子。
康普顿效应的定量描述
康普顿散射的偏转角是一个重要的物理量，它描述了散射光子与入射光子之间的夹 角。
康普顿效应PPT课件
contents
目录
• 康普顿效应概述 • 康普顿效应的物理原理 • 康普顿效应的实验验证 • 康普顿效应的意义与影响 • 康普顿效应的扩展知识
康普顿散射
康普顿散射实验报告一. 实验目得1、学会康普顿散射效应得测董技术；2、验证康普顿散射得丫光子能量及微分截面与散射角得关系。
二. 实验原理1 •康普顿散射康普顿效应就是射线与物质相互作用得三种效应之一。
康普顿效应就是入射光子与物质原子中得核外电子产生非弹性碰撞而被散射得现象。
碰撞时，入射光子把部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射光子得能量与运动方向发生变化。
当入射光子与电子发生康普顿效应时，如图1所示，其中〃y就是入射丫光子得能量9hv f就是散射y光子得能量，&就是散射角就是反冲电子，0就是反冲角。
由于发生康普顿散射得/光子得能量比电子得束缚能要大得多，所以入射得y光子与原子中得电子作用时，可以把电子得束缚能忽略，瞧成就是自由电子，并视散射发生以前电子就是静止得，动能为0,只有静止能量nhc2o散射后，电子获得速度匕此时电子得能量E = nic1 = n\}c2 / J1-0’,动量为〃沖=n\}v! J1_0，，其中J3 = v/c, c 为光速。
用相对论得能量与动董守恒定律就可以得到n\}c2 + hv = / Jl-0，+ hv f(1)hv/c = 7??0vcos ① / Jl-0，+ hv' cos 6/c(2) 式中"y /c就是入射Y光子得动量,hv f /c就是散射Y光子得动董。
hv9 sin0/c = w o vsin ① / Jl-0‘(3) 由式(1)、(2)、(3)可得出散射y光子得能量心 _______ ⑷1 +丄Z(l —COS&)叫L此式就表示散射/光子能量与入射y光子能量、散射角得关系。
2 •康普顿散射得微分截面康普顿散射得微分裁面得意狡就是：一个能量为力1/得入射y光子与原子中得一个核外电子作用后被散射到0方向单位立体角里得几率(记作也色，单位:cm2/单位立体角)为da（O）/• Itv'yJiv ltv f・ o 心----- =丄（——）'（―-+ ——一siir 0）----- （5） dO 2 hv Itv9 hv 式中门二2、818X10 13cm,就是电子得经典半径，式（5）通常称为“克来茵一仁科”公式，此式所描述得就就是微分截面与入射y光子能量及散射角得关系。
康普顿效应康普顿效应PPT课件
第11页/共43页
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
阳极
V
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
第25页/共43页
光阑
B1 B2
晶体
A φ
X射线谱仪
C
石墨体（散射物）
G
X 射线管 调节A对R的方位，可使不同方向
R
的散射线进入光谱仪。
康普顿实验装置示意图
第26页/共43页
康普顿实验指出
散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还 出现一种波长λ'大于λ的新的射线。
康普顿效应 改变波长的散射 康普顿散射
散射X射线的波长中有两个峰值 和 且 与散射角有关
第27页/共43页
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！
第28页/共43页
.... .. .............................................................................
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
为什么会存在遏止电压？
第7页/共43页
阳极
V
阴极
K
G
光电效应伏安特性曲线
I
遏
光强较弱
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
阳极
V
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
第25页/共43页
光阑
B1 B2
晶体
A φ
X射线谱仪
C
石墨体（散射物）
G
X 射线管 调节A对R的方位，可使不同方向
R
的散射线进入光谱仪。
康普顿实验装置示意图
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康普顿实验指出
散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还 出现一种波长λ'大于λ的新的射线。
康普顿效应 改变波长的散射 康普顿散射
散射X射线的波长中有两个峰值 和 且 与散射角有关
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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！
第28页/共43页
.... .. .............................................................................
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
为什么会存在遏止电压？
第7页/共43页
阳极
V
阴极
K
G
光电效应伏安特性曲线
I
遏
光强较弱
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12
10
• 在散射X射线中波长不变的成分可以用内层 电子散射来解释。内层电子紧紧束缚于原 子核上，在应用康普顿公式时，M0应该理 解为核质量。这时候的康普顿波长要比自 由电子的康普顿波长小得多。X射线波长不 变。
11
• 进一步的分析表明，在物质中电子总是在运动 的。运动电子与光子弹性碰撞的结果可以使光 子动量变小，也可以使光子动量增加。散射光 波长相应地可以增大，也可以减小。前面的康 普顿公式就不适用了，这时散射光波长的改变 应该考虑到多普勒效应。这是广义的康普顿效 应。在这个基础上，人们得到了一些有意义的 应用。如当人们观察X 射线通过物质后的散射 强度分布时，可以发现多普勒效应所造成的强 度分布。这就能了解电子在原子与物质中的速 度分布。
康普顿散射(Compton scattering)
定义：短波电磁辐射(如X射 线，伽玛射线)射入物质而 被散射后，除了出现与入 射波同样波长的散射外， 还出现波长向长波方向移
动的散射现象。
1
• 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l0的x光外， 还产生了波长l>l0 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。
• (2)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.
• (3)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。
• 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
3
实验装置
4
5
6
• 以电子质量代入(4)，可得电子的康普顿波长为 λc=2.42631×10-2Å ，所以波长改变是一极小的 量。上面的公式也可应用于其他带电粒子与光 子的碰撞，此时M0代表粒子质量。如质子的康 普顿波长为1.32141×10-5Å 。
• 康普顿的最初实验是观察 X射线经过石墨的散 射。因为X射线的波长是Å 量级的，散射后波长 的改变才是有意义的。X光子能量大，而石墨 中价电子受到的束缚弱，可以近似认为是静止 的自由电子。
9
解释
• 1）经典解释（电磁波的解释） • 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起
受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波。经典理论解 释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出 合理解释! • （2）光子理论解释 • X射线为一些e=hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰 撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率 减小，波长变长。这过程设动量守恒与能量守恒仍成立， 则由 • 电子：P=m0V；E=m0V2/2（设电子开始静止，势能忽略） • 光子：P=h/λ • 其中（h/m0C）=2.42×10-12m称为康普顿波长。
7
• 实验测得散射光波长与散射角θ 的关系：
图3a表示入射X射线强度与波长的关系。图
3b，图3c，图3d表示在散射角θ不同时X射线
的强度分布。此时得两峰值，其一在入射X
射线波长处。新的峰对应的波长即康普顿理
论所预言的散射X 射线波长。测量结果证明
康普顿的公式是正确的。
8
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。
2
பைடு நூலகம் 发现康普顿效应
• 1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X 射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长 略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量 转移给了电子，康普顿假设光子和电子、质子这样的实 物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中 能量守恒，动量也守恒。短波长电磁辐射射入物质而被 散射后，在散射波中，除了原波长的波以外，还出现波 长增大的波，散射物的原子序数愈大，散射波中波长增 大部分的强度和原波长部分的强度之比就愈小。按照这 个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实 验数据完全符合，这样就证实了他的假设。这种现象叫 康普顿效应。
10
• 在散射X射线中波长不变的成分可以用内层 电子散射来解释。内层电子紧紧束缚于原 子核上，在应用康普顿公式时，M0应该理 解为核质量。这时候的康普顿波长要比自 由电子的康普顿波长小得多。X射线波长不 变。
11
• 进一步的分析表明，在物质中电子总是在运动 的。运动电子与光子弹性碰撞的结果可以使光 子动量变小，也可以使光子动量增加。散射光 波长相应地可以增大，也可以减小。前面的康 普顿公式就不适用了，这时散射光波长的改变 应该考虑到多普勒效应。这是广义的康普顿效 应。在这个基础上，人们得到了一些有意义的 应用。如当人们观察X 射线通过物质后的散射 强度分布时，可以发现多普勒效应所造成的强 度分布。这就能了解电子在原子与物质中的速 度分布。
康普顿散射(Compton scattering)
定义：短波电磁辐射(如X射 线，伽玛射线)射入物质而 被散射后，除了出现与入 射波同样波长的散射外， 还出现波长向长波方向移
动的散射现象。
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• 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l0的x光外， 还产生了波长l>l0 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。
• (2)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.
• (3)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。
• 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
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实验装置
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• 以电子质量代入(4)，可得电子的康普顿波长为 λc=2.42631×10-2Å ，所以波长改变是一极小的 量。上面的公式也可应用于其他带电粒子与光 子的碰撞，此时M0代表粒子质量。如质子的康 普顿波长为1.32141×10-5Å 。
• 康普顿的最初实验是观察 X射线经过石墨的散 射。因为X射线的波长是Å 量级的，散射后波长 的改变才是有意义的。X光子能量大，而石墨 中价电子受到的束缚弱，可以近似认为是静止 的自由电子。
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解释
• 1）经典解释（电磁波的解释） • 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起
受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波。经典理论解 释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出 合理解释! • （2）光子理论解释 • X射线为一些e=hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰 撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率 减小，波长变长。这过程设动量守恒与能量守恒仍成立， 则由 • 电子：P=m0V；E=m0V2/2（设电子开始静止，势能忽略） • 光子：P=h/λ • 其中（h/m0C）=2.42×10-12m称为康普顿波长。
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• 实验测得散射光波长与散射角θ 的关系：
图3a表示入射X射线强度与波长的关系。图
3b，图3c，图3d表示在散射角θ不同时X射线
的强度分布。此时得两峰值，其一在入射X
射线波长处。新的峰对应的波长即康普顿理
论所预言的散射X 射线波长。测量结果证明
康普顿的公式是正确的。
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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。
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பைடு நூலகம் 发现康普顿效应
• 1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X 射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长 略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量 转移给了电子，康普顿假设光子和电子、质子这样的实 物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中 能量守恒，动量也守恒。短波长电磁辐射射入物质而被 散射后，在散射波中，除了原波长的波以外，还出现波 长增大的波，散射物的原子序数愈大，散射波中波长增 大部分的强度和原波长部分的强度之比就愈小。按照这 个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实 验数据完全符合，这样就证实了他的假设。这种现象叫 康普顿效应。