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高中物理
第十五章 原子结构与波粒二象性
康普顿效应和光子的动量
最后
更新:
2024-01-09 08:43
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康普顿效应和光子的动量
光可以与介质中的物质微粒发生散射, 改变传播方向。 1918 1922 年, 美国物理学家康普顿在研究石墨对 X射线的散射时, 发现在散射的 X射线中, 除了与人射波长 $\lambda_0$ 相同的成分外, 还有波长大于 $\lambda_0$ 的成分, 这个现象称为康普顿效应 (Compton's effect)。康普顿的学生, 中国留学生吴有训测试了多种物质对 $\mathrm{X}$ 射线的散射, 证实了该效应的普遍性。 按照经典物理学的理论, 人射的电磁波引起物质内部带电微粒的受迫振动, 振动着的带电微粒进而再次产生电磁波, 并向四周辐射, 这就是散射波。散射的 $\mathrm{X}$ 射线频率应该等于带电粒子受迫振动的频率, 也就是人射 $X$ 射线的频率。相应地, X射线的波长也不会在散射中发生变化。因此, 康普顿效应无法用经典物理学解释。 康普顿用光子的模型成功地解释了这种效应。他的基本思想是: 光子不仅具有能量, 而且具有动量, 光子的动量 $p$ 与光的波长 $\lambda$ 和普朗克常量 $h$ 有关。这三个量之间的关系式为 $$ p=\frac{h}{\lambda} $$ 在康普顿效应中, 当人射的光子与晶体中的电子碰撞时, 要把一部分动量转移给电子, 因而, 光子动量可能会变小 (图4.2-6)。从 (2) 式看, 动量 $p$ 减小, 意味着波长 $\lambda$ 变大, 因此, 这些光子散射后波长变大。  基于这个假定的理论结果与实验符合得很好。康普顿 效应让人们对光子有了更深入的认识。康普顿因此获得了 1927年的诺贝尔物理学奖
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