康普顿效应_范文大全网

康普顿效应

【要】光在介质中与物质微粒相互作，因而传播方向发生改变，这种现叫做光的散射（scattering of light）。美国物理家康普顿在研究石墨对X的散射时，发现在散射的X射中，除了与波长λ0相同分外，还有波大λ0的成分，这个现象称为康普顿效应（Compton effect）。光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的子从表面逸出.

【关键词】光的散射康普顿效应光电应爱因坦光子说狭义相论遵循相对论能量——

1.康普顿效应

光介质中与物质粒相互作用，因而传播方发生改变，这种现象叫做光的散射（scattering of light）。美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散时，发现在散射的X射线中，除入射波长λ0相同的成分外，还有波大于λ0的，这个现象称为康效应（Compton effect）。在原子物理学中，康普顿散射，或称康普顿效，是指X射或伽马射线的光子跟物质相互作用，因失去能量而导致波长变长的象。相应还存在康普顿效应——光子获得能量引

康普顿效应通常只指物质电子云与子的互作用，还有物质原子核与子的相互作用——核康普

康顿效应首先在1923年由美国华盛顿大学物理学家康普顿察到，并在后的几年间由他的究生有训（1897-1977）一步证实。康普顿因发现此效而获得1927年

光电效应：照射到金属表面的光，能使金属的电子表面逸出，个现象

光电效应和康普顿效应深入地揭示了的粒性的一面，前者表明光子具有能，后者表明光子除了具有之

在入光子概念之后，康普顿散射可以得到如下解释：电与光子生弹性碰撞，电子得光子的部分能量而反弹，失部分能量的光子则从另一向飞出，整个过

康顿散射可以在任何物质中发生.光子从光子源发出，射入散射物（一般指金属）时，主要是与电子发生作用。如果光子的能量相当低（电子束缚能同数量级），要产生光电效应，原子吸收子而产生电.如果光子的能当大（远超电子的束缚能）时，则我们可以认为光子对自由电子发生射，产生普顿效应。如果光子能量极其大（>1.022兆电伏特）则足以击原子核而生成一对粒子：

2.康普顿频移公式

康顿本人引用爱因斯坦光子说和狭义相对论来解这一现象，并依据能量守定律和动守恒定律推导得出射光波长的变化值△λ 的公式（康

△λ=λ-λ0=hmc（1-cosθ）=2hmcsin2θ2

其△λ为散射光波长的变换值，λ0为碰撞前子波长，λ为碰撞后光波长，h普朗克常数， m电子质量，c为光速，θ为光子散射

康普顿效应

1923年，美国物理学家康普顿在研x射线通过实物物质发生散射的实时，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，还产了波长l>l0 的x光，长的增量随散射角的不同而变。这种现象为康普顿效应(compton effect)。用经典电磁理论来解释康普顿效应遇到了难。康顿借于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此验现象进行了圆地解释。我国物理学家吴有

介绍对康普顿散射现象研究

康普效应第一次从实验上实了爱因斯坦提出的关于光子具有量的假设。在物理学发展史上占有极端重要的位置。子在质中和物质微粒相互作用时，可能使得光向任何方向传播，这种现象叫光散射． 1922年，美国物理学家康普顿在研究墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散波波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子，康普顿假设光子电、子这样的物粒子一样，不仅有能量，也有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒。短波长电磁辐射射入质而被散射后，在散射波中，除了原波的波以外，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部分的强度之就愈小。按这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，跟实验数据完全符合，这样就证实了他的假设。这种现象叫

发现

1922～1923年康普顿研究了X线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长成分。这种散射现象称为康散射或康普顿效应。康普顿将0.71埃的X射到石墨上，然不同角度测被墨分子散射的X光强度。当θ=0时，只有等于入射频率单一频光。θ≠0（如45°、90°、135°）时，发现存在两频率的射光。种频率与入射光相同，另一种

康普顿效应发现过程

在1923年5月《物理评论》上，A.H.康普顿以《X射线受轻元散射的量子论》为题，发表了他所现的应，并光量子假说作出解释。他写

“从子论的观点看，可以假设：任一特殊的X射线量子不是被辐射器中所有电子散射，而把它的全部能量耗于某个特殊的电子，这电子转过来又将射线向某一特殊的方向散射，这方向与入射束成某个角度。辐射量径的弯折引起动量发生变化。结果，射电子以一等X线动量变化的动反。散射线的能等入射射线的能量减去散射电子反冲的动能。由于散射射线应是一完整量子，频率将和能量同比例地减小。因此，根据量子理论，我们可以期待散射射的波长比射射线大”，而“散射辐射的强度在原始X的前进方向要比反方向大，正如实验测得

康普顿用图（见右）

解释射线方向和强度的分布，根据量守恒动量守恒，考

即Δλ=λ-λ0=(2h/mc)sin^2(θ/2)

△λ为入射波长λ0与散射波长λ之差，h为普

这简单的推理对于代物理学家来说早已成为普通常识，可是，康普顿却是得来易的。这类现研究历经了一、二十年、才在1923年康普顿得出正确结果，而康普顿己也走了5年的弯路，这段历史从一侧面说明了现代物理学

从式可知，波长改变决定于θ，与λ0，即对于某一角度，波长改变的绝对值一定的。入射射线的波长越小，波长变化的相对值就越大。所以，康普顿效应对γ射线比X射线显著。历史正是这样，1904年，英国物理学家伊夫（A.S.Eve）研究γ射线的吸和射性时，首先现康普顿效应的迹象。镭管发出γ射线，经散射物散射后投向静电。在入射线散射射线的途中插一吸收物以检验其穿透力。伊夫发现，散射后的线往往比射射线

后，γ射线的散问题经过多人研究，英国的弗罗兰斯（D.C.H.Florance）在1910年得了确结论，证明散射后的二次射线定于散射角度，与散射物的材无关，而且散射角越

1913年，麦克基尔大学的格（J.A.Gray）又重做γ射线实验，证实了弗罗兰斯的结论并进一步精确测量了射强度。他发现：“单色γ射线被散射后，性质会所变化。角越大，散线越软。”（J.A.Gray，Phil.Mag.，26（1913）p.611.）所谓射线变软，实际上就射线的波长变长，当时尚未判明γ射

实事实明确地摆在物理学家面前，可是找不到正确的解释。1919年康顿也接触到γ散射问题。他以精确的手段测定了γ射线的波长，确定了散射波长变长的事实。后来，他又γ射线散射转移到X射线散射。的Kα线经晶体散射后，用室进测量不方的散射强度。通过康谱顿发表的部分曲线可以看出，X射散射线明地有两个峰值，其中一个波长等于原始射线的波长（不变线），另一波长长（变线），变线对不变线的

康普的学生，从中国美留学的吴有训对康普顿效应的一步研究检验有很大贡献，除了针对杜安的否定了许多有说服力的实验外，还证实了康普顿效应的普遍性。他测试了多种元素对X射线的散射曲线，结果都满足普顿的量子散射公式。康普顿和吴有1924年发表的论文题目是：《被轻元素散射时钼Kα线的波长》。（ A.H.Comptonand Y.H.Woo，Proc.Nat.Acad.Sei，10（1924）p.27.）他写道：“这图的重要在于：各种材料所得之谱在性质上几乎完全一致。每种情况，不变线P都出现在与荧光MoKa线（钼的Kα谱线）同之处，而变线的峰值，则在允许的实验范围内，出现在上述的波长变化量子公式所预计的位

吴有训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了X线散射变线、不变线强度比率R随散射物原子序变化的曲线，证实并发展了康普顿的

爱斯坦在肯定康普顿效应起了特别重要的作用。前面已经提到，1916年爱因斯坦进一步发展了光量子论。根据他的建议，特和盖革（Geiger）也曾用实验检典理论和量子理论谁对谁非，但没有成功。当1923年因斯坦获知康普顿实验的结果之后，他热忱地传和赞扬康普顿的实验，多次在

爱斯坦还提醒物理学者注意：不要仅看到光的粒子性，康普顿在实验中正依靠了X射线的波动性测量其波长。他在1924年4月20日的《柏林日》副刊上发表题为《康普顿》的短文，有这样一句话：“……最最重要题，是要考虑把体的质赋予的

正是由于爱因斯坦等人的努，光波粒二象

实验结果：

(1)散射光中除了和原长λ0相同的谱线

(2)波长的改变量Δλ=λ-λ0散射角φ(散射方向和入

(3)对于不同元素的散射物质，在同一射角，波长的改量Δλ相同。波长为λ散射光强度随散射物原子序数的

康普顿利用光子理论成功地解释了这些实验结。X射的散射是单电子和单光子发生弹性撞的结果。碰撞前后动量和能量守

Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(/θ2)

称为康普

λ=h/(m0c)

称为电子的

为么散射光中还有与入射波长相同的谱线?内层电子不能当成自由电子。如果光子和这种电子碰撞，当于和整个原子相，碰撞中光子传给原子能量很，几乎保持的能量不。这样散射光中就保留了原波长的谱线。于层电子的数目随散射物原子序数的增加而增，所以波长为λ0的强度随之增

康顿散射只有在入射光的波长与电子的康普顿波长相比拟，散射才著，这就是选用X射线观察康顿效应的原因。而在电效应中，入射光是可见或紫外光，所以

解释

（1）经典解释（电磁波的解释）

单电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起迫振动，向各方向辐射同率的电磁。经典理论解释频不变的一般散射可以，但对康普顿效应不

（2）光子理论解释

X线为一些e=hν的光子，与自由电子发生完全弹碰撞，子获得一部分能，散射的子能量减小，频率小，波长变长。这过程设动量守恒与能量

电子：P=m·V；E=mv^2/2（设电

光子：P=h/λ

其中（h/m·C）=2.42×10-12m称为康普顿波长。

注意

1.散射波长改变量lD 的数量级为 10-12m，对于见光波长 l~10-7m，lD<>

2. 散射光中有与入射光相同的波长的线，由于光子与子碰撞，原子质量很大，光子碰撞后，能量不变，散射

康顿效应的发现，以及理论分析和实验结果的一致，不仅有力证实了光子假的正确性，且证实了微观粒子相互作用过程中，也严格遵守能量守恒

发现者

康顿(Arthur Holly Compton)教授是美国著名物理学家、“普顿效应”的发现者。 1892年910日康普顿出生于俄亥俄的伍斯特，1962年3月15于加利福尼亚州的伯

康顿出身于高级知识分子家庭，其父曾任伍斯特学院哲学教授院长。康顿的大哥卡尔(KarL)是普林顿大学物理系主任，后成为麻省理工学院院长，他康普顿最亲密的和

康顿中学毕业后，升入伍特学院。该院具有悠久的历史传统，这对康普顿一生的事业具有决定性的影。在这里，他所基础教育，几乎完全决定了他中对生、科学的态。在学院以外，康普顿熟悉许多感兴趣事物，诸如密执安的夏令营、卡尔早期的科学实等等。所有这些对康普顿以后的

1913年，康普顿从伍特学院毕业后，进入普林斯顿大学造,1914年取得硕士学位，1916年取得博学位。他的博士学位论文起先由里查逊(O·W·Richardson)指，后来在库(H·L·Cooke)指导下完成。取得哲学博士学位后，康普顿在明尼苏大(1916—1917)担任为期一年的物理学教学工,随后在宾夕法尼州东匹兹堡威斯汀豪斯气制公司担任年研究工程。此期间，康顿为陆军通讯兵发展航空仪器做了大量有独创性的工作；并且还得钠汽灯设的专利。后这一项工跟他以后在美国俄亥俄州克利夫兰内拉帕克创办荧光灯工业密切相关；在内拉帕克期间，他通用电气公的技术指导利·杰弗里斯(Zay Jeffries)配合，促进了荧光灯工业的发展，使荧光灯的研制进入最

康普的科学家生涯是研究X射线开始的。早在大学习时期,他毕业论文中，就提出一个新的理论见，其大意是：在晶体中X射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。在威斯汀豪斯期间(1917——1919)；康普顿继续从事X研究。从1918年起，他在理论在获得X射吸收与和实验两究了X射线的散射。射据之间定量吻合之，据J·J·汤姆逊的经典理论，康普顿提出了电子有限线度(半径1.85×10-10”cm)的假，说明密度与散射角的观察关系。这是个简单的开端，却导致了后来形成的电子以其它基本粒的“康普波长”概念。这个概念后来在他自己的X线散射的量子理论以及量子电动力学中都充分地得

在一时期他的第二项研究，是1917年在明尼苏达大学跟奥斯瓦·罗格利(Oswrald Rognley)一起开始的，这就关于决定磁化效应对磁晶X射线反射的密度问题。这项究表明，轨道运动对效应起作。他认为铁磁性是由于电子本身的固有特性所引起的，是一基磁荷。这一看法的正确性后来由他在芝加哥大学指导学生斯特思

第—次世界大战后，1919至1920间，康普顿到英国进修，在剑桥卡迪许实验室从事研究。当时卡文迪许实验室正处于最兴旺发达的年代，许多年有为的英国科学工作者从战场这里跟随卢瑟福、J·J·汤姆进行研究。顿认为它是一最舞人的年代，这段时间里他不仅限卢瑟福建立了关系；而且也得以与汤姆会面。当时，汤姆逊对他的研究能力给以高度的评价，这极大地鼓舞了康顿，使对自己见解更加充满信心。康普顿跟

在桥期间，由于高压X射线装置不适用，康普顿便改用γ射线进散射实验。—实验不仅证实格雷（T·A·Gray)其他科学家早期研的结果，同时也为康普顿对X线散射实验作更深

之后，普顿于1920年回到美国，在圣易斯华盛顿大学担任韦曼·克劳(Wayman Crow)座教授兼物理系主任。在这里他作出了对他来说是最伟的一个发现。当时，康普顿把钼靶的X线投射到石墨上以观测被散射后的x射线。他发现其中包含有两种不同频率的成分，种频率(波长)和来人射的X射的频率相同，而另一种比原来人射的父射线的频率小。这种频率的改变和散射角有一定关系。对于第一种不改变频率分可用通常的动理论来说明，因为根光的动理，散射不会改变入射光的频率。而实验中出现的、第二种频率变小的成分却令人费解，它法用经典的概念来说明。面对这种验所到的事实，康普顿1923年提出自的解。他认为这种现象是光量子和电子的相互撞引起的。光量子不具有能量，而且具有某些类似力学意义的动量，在碰撞过程中，光子把一部分能量传递给电子，减少了它，因而也就低了它的频率。另外，据碰撞粒子的能量和量恒，可以导频率改变和散射角的依赖关系，这也就能很好地说明了康普顿所观测到的事实。这样一来，人们不得不承认：光除了具有早巳熟知的波动性以外，还具有粒的性。这就说了一束光是互相分离的干粒所成的，这种粒子在许多方面表现出和通常物质的粒子具有同样的性质。康普顿一科学研究成，陆陆续续发表在许多期刊上。1926年他又把先后发表的论文综合起来写成《 X

1923年，康普顿接受了芝加哥学物理学教授职位(R·A·立根曾经担任过这一职位)，同迈克尔逊共事。在这里担，他把自的第一项研究定名为“顿效应”。由于他对“康普效应”的列实验及其解释，因此英国的A·T·R威尔逊一起分享了1927年度诺尔物学奖。这时他年仅35岁。同年，他被选为美国国立学院院士，1929年成为C·H·斯威

1930年，康普顿改了自己的主要兴趣，从研究X射线转为究宇宙射线。这是因为宇宙射线中的高γ射线和电子的相互作用是“康普顿效应”的一个重要方面(今天，高能电子与低能光子相互作用的反普顿效应是天文物理学的重要研究题)。第二次世界大战期间，许多物理学家都关心“铀的问题”，康不例外。1941l1月6日，普顿作为立学院铀委员会主席，发表了一篇关于原子能的军事潜力的报告，篇报告促进核反应堆原子弹发展。劳伦斯在加利福尼亚大学发现钚，不久，曼哈顿工区冶金实验室负责生钚，这些方的工作主也是由康普顿和劳伦斯领导的。费米设的第一个原子核链式反应堆，也曾受到康普顿的支

战末期，康普顿接受了圣易斯华盛顿大学校长的职位。二五年前，他正是在该校做出了最大的物理发现——“康普顿效应”。1954年，康普顿到了应大学行导岗位上的年龄了。退休后，他继续讲学、教书并撰写著作。此期他发表了《原子探索》一书。这是一部名著，完整而系统地汇集了战争期间曼

康顿是世界最伟大的科学家之一。他所发现的“康普顿应”是发展量物理学的心。他的这一发现自己在伟大科学家的行列中取得了无

康普顿效应

康达效应实验报告

一发现

康效应(Coanda Effect)亦称附壁作用或柯恩达效应。流体（水流或气流）有离开本的流动方向，改为凸出的物体表面流动倾向。流体与它的物体表之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢。只物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中伯努利原理，流速的减缓会导

这种作用是以罗马尼发明

空气动力

附作用是大部分飞机机翼的主要运作理。附壁作用的突然消失是飞机失的主要原因。部分飞机特别使用引擎吹出的气流来增加附壁作用，用以提升力。美国波音的YC-14前苏联的安-72都是把喷射动机装在机上方的前面，配翼，出的气以提高低速时机翼的升力。波音的C-17运输机亦有过附壁用增升力，但所产生的升力较少。直升机的「无尾螺旋」(NOTAR) 技，亦是透过吹出空气在机尾

利用 Coanda 效应，可以有意地诱导气气流，机翼上表面产生比飞机

三升力的成因

然当今有部分学者为机翼产生升力的原理就是因为康达效应，即机翼把大量气向下偏转而产个反作用力（升力）。样的理并不完正确，绕翼环量、伯努利原理所致的机翼上下表面压力差占升力的主部分（详见升力）。另

利效应不存在但反用

四实验演示打开水龙头，出小的水流。把

水会被吸引，流到匙的背上。这是附壁作用及文土里效应(Venturi Effect)作用的结果。文土效应令匙与水之间的压力降低，把水流引汤匙之上。当水流附在汤匙上以后，附壁作用令水流一直在

总：Coanda 效应指出，如果平顺地流动的流体经过具有一弯度的凸表的时候，有向凸表面附的向。开来水的时候，如果手指碰水柱，水会沿着手臂的下侧往下，而不是按重力方

康普顿效应

例:光强 I 不变, ↑ν,光电效应的伏安特性如何变化?

↑ν, ↑a u , νNh I =, I 不变, ↑ν, ↓N , ↓S i

选 D

例:用 nm 3. 589=λ的黄光照光电,为遏止所电子到

求:当用 nm 400='λ的照射光电池

u 解:A h eu a -=ν (1) A h u e a

-'='ν (2) ) 11() () (λ

λνν-'=-'=-'hc h u u e a a

) 1

1(λ

λ-'+='e hc u u a a

=V 3. 1 例:轴

cm r 12=, cm l 20= A

=5400Na λ,

A=2960Al λ Na 用

A=3000λ照射求:平衡

A 解:Na Al λλλ<, na="">

21m a mv eu =A h -=ν=Na h h νν-=) 11(Na hc λλ- ) 1

1(Na

a e hc u λλ-=

a Cu Q ==) 1

1(ln 21

0Na e hc r r l λλπε-?=C 11100. 4-?

第 3节康普顿效应

(1) 光致发光(2)电效应(3)康普顿

光子能量增加

φ:散射角

1、 ?φ ?两种

瑞利散射

::002、对于

波长改变量 ) (0φλλλf =-=

?, ↑φ, ↑?λ λ?与散射体物

3、康普顿散射的相对强度与散射体的原子量有关子量较大,康顿散射相较弱原

带电粒子的振动频率 =入射电磁的频 =辐射磁波的频率三、光量子理论对康普

散射过程是光子与散射体中电子弹性碰撞,动量守,能量守恒光子

光子与束缚较紧的电子碰撞,光子能量不变,长不:瑞利散射原子量小时,几乎每一电子都可视为自由电子康普

原子量较大时,原子核对内层子束较紧,是对外层电

动量守恒:00n h λ=e P n h +λ, 00

n h λe P n h

=-λ

能量守恒:=+00E hc λE hc +λ, -0λhc E E hc =+0λ

202

cos 2e

P h h h =-

φλ

λλλ,

2202

220

2cos 2e P c c h c h c h =-

φλ

λλλ

222

022000

222

22) (

22e P c E E E E hc

c h c h c h +==+-

λλλλ

2mc E =

=-) cos 1(202

2φλ

λc h 200) (

2c m hc

hc λ-λ=2000) (2c m hc λλλλ- 2sin 2) cos 1(2000φ

φλλλc m h c m h =-=-=?

令 c

m h c 0=λ, 2s i n 2

20φλλλλc

=-=? c m h

c 0=λ= A=????--024. 01031011. 91063. 68

3134:电子的康普波

λλ==?2

sin 22

c λ:垂直入射线向

20c m hc =λ, c c

m h λλ==0 c λ:量等于电

↑φ, ↑?λ, πφ≤≤0, c λλ20≤?≤ 0=φ, 0=?λ, πφ=, c λλ2=?

λ?仅与 φ角有关,散

例:用

A=20. 00λ的 x 射线与自由电子碰撞, 在 90=φ方向观察 x 射线求:(1)散射 x 线的波长(2)反冲电子的

解:(1) 2πφ=, c c λλλλλ==-=?2

sin 220

A=+=+=224. 0024. 020. 00c λλλ

(2)

=+00

E hc

λE hc +λ, J hc hc E E E k 15001007. 1-?=-=-=λλ (3) 00n h λ=e P n h +λ, 00n h P e λ=n h λ-, 222022

λλh h P e +=

λλ+

=h P e =1231044. 4--?kgms

224

. 02

. 0//00=

λλλλθh h tg , 8. 41=θ

4 例:对于康

νννφ

00202

(2sin h c m -=

动量守恒:00n c h ν=e P n c

+ν, 00n h νe P c n h =-ν 能量

220222202cos 2e P c h h h =-+φνννν

222020000222202) (22e P c E E E h h h h h +=+ν-ν+νν-ν+ν

=-) cos 1(202φννh 200) (2c m h νν- ν

νννφ

00202

2) (2sin h c m -=

第 4节氢

一、

-=n n B λ, ∞=, , 5, 4, 3 n

A=7. 3645B αH βH γH ∞H

∞→n , B =∞λ

巴耳末系, ∞H :线系极限

B =∞λ=

A7. 3645:线系极限波长

波数 ν

~:沿波线单位长

νλν

==1~

λ ) 121() 121(4) 41(1411~2222222n

R n B n B n n B -=-=-=-==λν , 5, 4, 3=n

里德伯公式

1710096776. 14

-?==m B

R :里德伯恒量

帕邢系:) 131(1~2

2n R -==λν

, , 6, 5, 4=n 2mc E =

康普顿效应

科技名词定义

中文名称：

康普顿效应

英文名称：

Compton effect

其他名称：

康普顿散射(Compton scattering)

定义：

短波电磁辐射(如X 射线，伽玛射线) 射物质被散射后，除出现与射波同样波长的射外，还出现波长向长波方向移

所属学科：

大气科学（一级学

本内容由全国科技

康普顿效

1923年，美国

射通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光除了有原波长l0的x 光外，还产生了波长l>l0 的x 光，波长的增量随散射角的不变化。这种现象称为康普顿效(compton effect) 。用典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难。康普顿借助爱因斯的子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行圆满地解释. 我国物理学家吴有训也曾对

康普顿效应 compton effect

介绍

对康普顿散射现象的研经

康顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有量的假设。这在物理学发展史占有要的位。光子在介质中和物质粒相互作用时，可能使得光任何方向传播，这

康普顿效应

1922年，美国物理学家康普顿研究石墨中的电子对X 射线散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是子和电子碰撞时，光子些能量转移给了电子，康顿假设光电子、质子这实粒子一，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守，动也守．按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波差，结果跟实数据完全符合，这样就证

发 1922～1923年康普顿究了X 射线被较轻物质(石墨、石蜡) 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，还有长较长的成分。这种散射现象康普顿散射或康普顿效应。康普将0.71X 光投射到石上，然后不同的度量被石墨分子散射的X 光强度。当θ=0时，只有等于入频率的一频光。当θ≠0（如45°、90°、135°）时，发现存两种频率散射光。一种频率与入射光相同，另一

康普顿效应发现过程

在1923年5月的《物理评论》上，A.H. 康普顿以《X 射线受轻元散射的量子》为题，发表了他所现的效，并用

“量子论的观点看，以假设：任一特殊的X 射线量子不是被辐射器中所有电子散射，而是把它的全部量耗于某个特殊的电子，子转过又将射线某一特殊的方向散射，这个方向入射束成某个角度。辐射量子路径的弯折起动量发生变化。结果，

量化的动量反冲。散射线的能量等于入射射线的能量减去散射电子反冲的动能。由于散射射应是一完整的量，其频率也将和能量同比例小。因，根据量子论，我们可以期待散射射线的波长入射射线大”，而“散射辐射的强度在原始X 射线的前进方向要比反方向

康普顿用图（见右）

解释射线方向和强度的分布，根据量守恒动量守恒，考

即Δλ=λ-λ0=(2h/mc)sin^2(θ/2)

△λ为入射波长λ0与散射波长λθ之差，h 为普克常数，c 为光

从式可知，波长改变决定于θ，与λ0无，即对于某一角度，波长改变的绝对值是定的。入射射线的波长越小，波长变化的相对值就越大。所以，康普顿效应对γ射线要X 射线显著。历史正是这样，1904年，英国物理学家伊夫（A.S.Eve ）在研究γ射线的吸散射性时，首发了康普顿效应的迹象。镭管发出γ射线，经散射物散射后投向静电。在入射线或射射线的途中插一吸收物以检验其穿透力。伊夫发现，散射后的射往往比

后来，γ射线的散射题

（D.C.H.Florance ）在1910年获得了明确结论，

康普顿效应

证明散射后的二次射线决定于射角，与散物的材料无关，

所谓射线变软，实际上就是射线波变长，当尚未判明γ射线

1913年，麦克基尔大学的格雷（J.A.Gray ）又重做γ射线验，证实弗罗兰斯的结论

线被散射后，性质会有所变化。散射角越大，射射线

实验事明确地摆在物理学家面前，可就找不到正确的解释。1919年康普顿也接触到γ散射题。他以精确的手测定了γ射线的波长，确定了射后波长变长的事实。后来，又从γ线散射转移到X 射线散射。钼的K α线经石墨晶体散射后，用游离室进行量不同方的散射强度。通过康谱发表的部分曲线可看出，X 射线散射曲线明显地有两个峰值，其中一个波长于原始射线的波长（不变线），另一个波长长（变线），变线对变线偏散射角变化，散射角越大，偏离也越大。康普顿的学生，从中国赴美留的吴有训对康普顿效应的进一步究和验有很大贡献，除针对杜安的否作许多服力的实验外，证实了康普顿效应普遍性。他测试了种元素对X 射线的散射曲线，结果都满足康普顿的量子散射公式。康普顿和吴有训1924年发论文题目：《被轻元素散射时K α线的波长》。（ A.H.Comptonand Y.H.Woo，Proc.Nat.Acad.Sei ，10（1924）p.27. ）他们写道：“这张图的重点在：从各材料所得之在性质上乎完一。每种情况，不变线P 都出现在与荧光MoKa 线（钼的K α谱线）同之处，而变线的峰值，则在允许的实验误差范围内，出现在上述的波长变化量子公式所预计

吴训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了X 线散射变线、不变线强度比率R 随散射物原子数变化的曲线，证实并发展了康普顿

爱斯坦在肯定康普顿效应起了特别重要的作用。前面已经提到，1916年爱因斯坦进一步发展了光量子理。根据他的建议，和盖革（Geiger ）也曾图用实验经典理论光量子理论谁对谁非，但没有成功。当1923年因斯坦获知康普顿实验的结果之后，他热忱宣传和赞扬康普顿的实验，多次在

爱斯坦还提醒物理学者注意：不要仅看到光的粒子性，康普顿在实验中正依靠了X 射线的波动性测量其波长。他在1924年4月20日的《柏林日》副刊上发表题为《康普顿》的短文，有这样一句话：“??最最重要的，是要考虑把投的性赋予光粒

正是由于爱因斯坦等人的努，光波粒二象

实验结果：

(1)散射光中除了和原长λ0相同的谱线

(2)波长的改变量Δλ=λ-λ0散射角φ(散射方向和入射

(3)对于不同元素的散射物质，在同一射角，波长的改量Δλ相同。波长为λ散射光强度随散射物原子序数的

康普顿利用光子理论成功地解释了这些实验结。X 线的散射是单电子和个光子发生弹性撞的结果。碰撞前后动量和能量守

Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(/θ2)

称为康普

λ=h/(m0c)

称为电子的

为什么散射光中还有与入射光波相同谱线? 层电子不能当成

康普顿效应

相于和整个原子相，碰撞中光子传给原子的能量很小，几乎保持自己的量不变。这散射光中就保留了原波。的谱．由于层电子的数目随散射物原子数的增加而增加，所以波长为λ0强度随之增强，而波

康顿散射只有在入射光的波长与电子的康普顿波长相比拟，散射才著，这就是选用X 射线观察普顿效应的原因。而在电效应中，入射光是可见或紫外光，所以

解释

（1）经典解释（电磁波的解释）

单电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起迫振动，向各方向辐射同率的电磁。经典理论解释频不变的一般散射可以，但对康普顿效应不

（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性碰撞，电子获得一部分量，散射的子能量减小，频率小，波长变长。这过程设动量守恒与能量

电子：P=ｍ0V ；E=ｍ0V2/2（设

光子：

P=ｈ/λ

其中（ｈ/ｍ0C ）=2.34×10-12ｍ称为康普顿波长。

注意

1. 散射波长改变量lD 的数量级为 10-12m，对于见光波 l~10-7m，lD<>

2. 散射光中有与入射光相同波的射线，由于光子与原子碰

康普顿效应

不变，散射

康顿效应的发现，以及理论分析和实验结果的一致，不仅有力证实了光子假的正确性，且证实了微观粒子相互作用过程中，也严格遵守能量守恒

发现者

康顿(Arthur Holly Compton)教授是美国著名物理学家、“普顿效应”的发现者。 1892年910日康普顿出生干俄亥俄的伍斯特，1962年3月15于加利福尼亚州的伯

康顿中学毕业后，升入伍特学院。该院具有悠久的历史传统，这对康普顿一生的事业具有决定性的影。在这里，他所受础教育，几乎完全决了他一中对生活、学的态度。在学院以外，康普顿熟悉许多感兴趣的事，如密执安的夏令营、卡尔早期的科学实验, 等等。所有这些对康普顿以后

1913年，康普顿从伍斯特学毕业后，进入普林斯顿大学深造,1914年得硕士学位，1916年取得博士学位。的博士学位论文起先查逊(O·W·Richardson)指导，后来在库克(H·L·Cooke)指导下完成。取哲学博士学位，康普顿在明尼苏达大学(1916—1917) 担任为期一年的物理学学工作, 随后在宾夕法尼州东兹堡威斯汀豪斯电气和制造公司担任两年研究工程师。在此期间，普顿为陆军通讯兵发展航仪了大量有独创性的工作；并取汽灯设计的专。后面这一项作跟他后在美国俄亥俄克利夫兰内拉帕克创办荧光灯工业密切相关；在内拉帕克期间，他跟通电气公的技术指导佐利·弗里斯(Zay Jeffries) 密切配合，促进了荧光灯工业的发展，使荧光灯的研制进入最活跃的年代。康普顿的科学家生涯从究X 射线开始。早在大学学期, 他在毕业论文中，就提出一个新的理论见解，其大意：在晶体中X 射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。在

(1917——1919) ；普顿继续从事X 射线的研究。从1918年起，他在理论在获得X 射线吸收与和实验两面研究了X 射线的。散射数据之间的定量吻之后，J·J·汤的经理论，康普顿提出了电子有限线度(半径1.85×10-10”cm)的假设，说明密度与散射角的观察关系。是个简单的开端，却导致了后来形成

长”概念。这个概念后来在自己X 射线散

康普顿

力学中都充分

在这一时期他的第二项研，是1917年

德·罗格利(Oswrald Rognley)一起开始的，这就是关于决定磁化效应对磁晶体X 射线反射的密问题。这项研究表明，子轨道运动对磁化效应起作用。认为铁磁是于子本的固有特性所引起的，这是一个基本磁荷。一看的正确性后来由他在芝加哥大学指导的学生斯特斯(J·C·Stearns)用

第—次世界大战后，1919至1920年间，康普顿到英国进修，在桥卡文迪实验室从事研究。当时文迪实验室处于最兴旺发达的年代，多年青有为的英国科学工作者战场转到这里跟随卢

进行研。康普顿认为它是一个最鼓舞人心的年代，在段时间里他不仅限卢瑟福建立了关系；而且也得以与汤姆逊会面。当时，汤对他的研究能力给以高度的价，这极大地鼓舞了康普顿，使他对自己见解更加充满信心。康普顿跟汤姆逊的关系二直保到生命的最后一刻。在剑桥期间，由于高压X 射线置不适用，康普顿便改用γ射线进行散射验。这—实验仅证实雷（T·A·Gray)其他科学家早期研究的结果，同时也为康顿对X 射线散射实验作更深入的研究奠定了基础。之后，普顿于1920年回到美国，在圣路易盛顿大学担任曼·克劳(Wayman Crow)讲教授兼系主任。在里他作出了对他来说是最伟大的一个发现。当时，康普顿把来自钼靶的X 射线投射到石墨上以测被散射后的x 射线。发现中包含有两不同的成分，一种频率(或波) 和原来人射的X 射线频率，而另一种则原来人的父射线的频率。这种频改变和散角有一定的系。对于第一不改变频率的成分可用通常的波动理论来说明，因为根据光的波动理论，散射不会改变入射光的频率。而实验中出现的、频率变小的分却令人费解，它无法用经典的念来说明。面对这种实验测的事实，康普顿1923年提出了自己的解释。他认为这种现象是由光子和电子的相互碰撞引起的。光量子不仅具有能量，而且具有某些类似力学意义的动量，在碰撞过程中，光子把一部分能量传递给电子，少了它能量，因而就降低了它的频。另外，根据撞粒子能和动量守恒，可以导出频率改变和散射角的依赖关系，这也就能很好地说明康普所观测到的事实。样来，人们不得不承：光除了具有早巳熟知的波动性以外，还具有粒子的性质。这就说明一束光是由互相分离的若干粒子所组成

康普顿效应

面现出和通常物质的粒子具有同样的性质。康普顿的一科学研成果，陆陆续续表在许多刊上。1926年他把先后发表的论文综合起来写成《 X射

1923年，康普顿接受芝加哥大学物理学教授职位(R·A·密立根曾经担任过这一职位) ，同迈克尔逊共。在这里担，他把自己的第项研究定“康普效应”。由于他对“康普顿效应”的

这时他年仅35岁。同年，他被选为美国立科院院士，1929年成为C·H·

1930年，康普顿改了自己的主要兴趣，从研究X 射线转研究宇宙射线。这是因为宇宙射线中的能γ射线和电子的相互作用是“康普顿效应”的一个重要方面(今天，高能电子与低能光子相互作用的反普顿效应是天文物理学的重要研究) 。第二次世界大战期间，许多物理学家都关“铀的问题”，更不例外。1941年l1月6日，康普顿作国科学院铀委员会主席，发表了一篇关于原子能的军事潜力的报告，篇报告促了核反应和原子的发展。劳伦斯在加利福尼亚大学发现钚，不久，曼哈顿工区冶金实验室负责生钚，这些面的工作主也是由康普顿和劳伦斯领导的。费米的第一个原子核链式反应堆，也曾受到康普顿的支

康顿是世界最伟大的科学家之一。他所发现的“康普顿应”是发展量物理学的心。他的这一发现自己在伟大科学家的行列中取得了无

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