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康普顿效应（2）

亲爱的朋友，

γ （光子）等射线与电子相互作用时，

主要分为3种情况：

A. 光电效应；

B. 康普顿散射效应；

C. 产生正负电子偶对。

A.光电效应：

入射的γ射线等，把能量转移给原子中的

束缚电子，把电子打出来，形成“光电子”：

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B. 康普顿效应：

如前述， 康普顿在研究x射线通过物质发生散射现象时，

发现散射光中除了具有‘原波长λ（兰布达）’的x光外，

还产生了大于原波长λ 的x光，

其波长的增量，随散射角的不同而变化。

在康普顿效应中，入射 γ 光子与核外电子发生碰撞，

把一部分能量转移给了电子，

使电子脱离原子成为反冲电子，

损失能量后的光子，则朝另一个方向散射出来。

 第 3 种情况：

C. 产生正负电子偶对：

在粒子的碰撞中，正、负电子对，

可以由其他粒子转化而产生出来。

现在要问，

为什么散射之后，

有一种射线的波长会变长？

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（1）经典电磁波理论

         对康普顿效应的解释，一筹莫展！

根据经典电磁波理论，原以为，电磁波作用于比自己波长尺寸小的带电粒子时，带电粒子在受迫振动时，会向各方向辐射同频率的电磁波。

康普顿在开始时，也是用经典电磁理论来解释散射现象的，但是遇到了困难，后来他改用‘光量子’理论（即从光子与电子碰撞的角度）对实验进行解释就说通了。实验证明，

经典理论解释‘频率不变的散射’还可以，但是对于康普顿效应却不能作出具有说服力的解释。

（2）用爱因斯坦光量子理论来解释，则皆大欢喜！

在引入爱因斯坦光量子概念后，

康普顿散射可以作如下解释：

电子与光子发生弹性碰撞（弹性碰撞是碰撞前后整个系统的动能不变。弹性碰撞的条件是动能没有转成其他形式的能量，如热能等），电子获得入射光子的一部分能量而成为反冲电子，失去一部分能量的光子，则从另一方向飞出，整个过程中总动量守恒。

比如，X射线是能量E等于hν的光子流

（hν即普朗克常量乘以频率），

它与自由电子发生碰撞时，电子获得一部分能量，因而使得散射之后的光子的能量减少了，能量减少、频率降低，

根据公式，

光子的频率降低、波长就变长了。

康普顿散射可以在任何物质中发生。当光子从光子源发出，射入散射物质时，主要是与电子发生作用。

🙂 如果光子的能量与电子束缚能‘同数量级’，

则主要产生‘光电效应’；

🙂 如果光子的能量相当大（远超过电子的束缚能），则光子对自由电子发生散射，产生康普顿效应；

🙂 如果光子能量极其大（大于1.022百万电子伏特），则足以轰击原子核而生成一对粒子（正负偶对粒子）：电子和正电子。

康普顿效应的意义

康普顿效应，第一次从实验上证实了，爱因斯坦提出的光量子学说，并且康普顿在公式中, 引用了‘能量守恒’和‘动量守恒定律’，首次证明微观粒子的运动，也遵循这2条定律。那么‘康普顿公式’长什么样呢？——看看就好，如何推导，是进一步的事。喜欢物理的朋友自然有这种能力，对那些物理牛人，这都不是个事，但对不熟悉物理的人来说，了解个大概就好，不是吗？

康普顿频移公式

康普顿引用爱因斯坦的光电效应和狭义相对论来解释康普顿效应，并依据余弦定律推导，得出康普顿频移公式：

康普顿效应，证明了光不仅有波动性，还有粒子性。就是说，这一实验证明了光在某种情况下表现出粒子性，光束类似一串粒子流，而该粒子流的能量是与光的频率成正比的。 谢谢阅读。