【摘要】：运用光子理论可以对康普顿效应做出圆满的解释．光子理论认为，频率为（波长为）的X射线可看成由一些能量为的光子组成．当X射线的光子与自由电子或束缚较弱的外层电子发生碰撞时，光子将一部分能量传递给电子，所以碰撞后散射光子的能量hv较入射光子能量小，因而散射光的频率比入射光的频率要小，即散射光的波长较入射光波长增大，这就定性解释了散射光中出现波长增大了的射线的原因．原子中的内层电子束缚很紧密，当光子与这些
原子中的内层电子束缚很紧密，当光子与这些电子碰撞时，光子相当于与整个原子碰撞，由于原子的质量较光子大得多，在碰撞后，光子改变了运动方向，但几乎不会失去能量，因此散射光子的频率或波长就几乎不变，这就是散射光中含有与入射X线波长相同的射线的原因．
图14.8 光子与自由电子的碰撞
由式（14.11）可得
式（14.12）是矢量式，利用余弦定理可写为
再利用相对论质量与速度关系式
，可解得
康普顿效应进一步证实了光具有波粒二象性，它不仅是光子概念正确性的又一个证明，更为重要的是它还证明了在微观粒子相互作用的过程中，能量守恒定律和动量守恒定律同样适用．康普顿也因此获得了1927年的诺贝尔物理学奖．
解 （1）由康普顿散射公式，散射后X射线波长的改变为
所以散射X射线的波长为
（2）根据能量守恒
反冲电子获得的动能就是入射光子与散射光子能量的差值
（3）如图14.9所示，设
是入射光子入射方向的单位矢量，e是散射光子运动方向的单位矢量，根据动量守恒
所以
图14.9 例14.2图
（4）光子损失的能量为
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