康普顿效应演示

实验目的

观察康普顿散射中波长的变化，认识光子具有动量。

实验原理

把X射线看成光子流，光子与散射物质中近似静止的电子发生弹性碰撞，遵守能量守恒和动量守恒。光子动量 p = h/λ，碰撞后光子把部分能量传给电子，波长变长。波长变化量 Δλ = (h/mc)(1 - cosθ)，其中 h/(mc) 约为 2.43×10^-12 m。

实验器材

• X射线源
• 石墨散射体
• 光阑（限制X射线束）
• 可转动的探测器（测量散射光波长）

实验步骤

1. 观察装置，认识X射线源、石墨、光阑和探测器的位置。
2. 让X射线束射向石墨，记录入射光的波长。
3. 将探测器转到某一散射角，读取散射光的波长成分。
4. 改变散射角，重复测量。
5. 比较各散射角下波长变化量的大小。

实验现象与结论

散射光中既有与入射光波长相同的成分，也有波长变长的成分。散射角越大，波长的变化量越大。这一现象不能用光的波动理论解释，说明光子不仅有能量，还有动量，光具有粒子性。

注意事项

• X射线有辐射，真实实验必须在专用屏蔽装置中由专业人员操作。

常见问题

康普顿效应说明了什么？

说明光子不仅具有能量，还具有动量，进一步证明了光的粒子性。

康普顿效应与光电效应有什么区别？

光电效应中光子被电子整体吸收；康普顿效应是光子与电子碰撞，光子被散射且波长变长。