康普頓效應中波長增大成分的思考

琚偉偉 崔紅玲

摘要：康普頓效應是近代物理部分的重要內容，在大學物理教學中對理解光的波粒二象性具有重要意義。作者在教學過程中思考通過調節康普頓效應的散射角可以實現光譜的離散頻移，進而可以獲得一系列新的具有我們所需波長的單色光。

關鍵詞：大學物理教學；康普頓效應；散射角

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）17-0197-02

大學物理的教學中，近代物理部分的量子力學是比較難學的，作者在教學過程中常常想如何給學生以啟發式的教學，讓學生帶著問題、帶著思考來學習。后來在講解康普頓效應這部分內容時啟發學生，如果通過改變康普頓效應的散射角是否可以實現光譜的離散頻移，進而獲得一系列我們所需要波長的單色光。

一、理論背景

（一）愛因斯坦光量子論的提出

1905年，愛因斯坦為了解決光電效應中遇到的困難，提出了“光量子”（light quantum）概念。愛因斯坦認為，輻射場就是由光量子組成，每個光量子

稱為電子的康普頓波長。

由此得出的理論結果和實驗結果完全一致。康普頓因此證明了光子概念的正確性，也因此獲得1927年的諾貝爾物理學獎[1，2]。

二、改變散射角實現康普頓效應中光譜的離散頻移

講課過程中讓學生思考式子（7），通過式子（7）不難看出，通過調節散射角的大小，將有一部分散射的波長以原波長為基底進行離散變化，如果散射角調控得當，我們將可以獲得不同波長的單色光。進而啟發學生思考獲得的單色光有什么實際應用。同時提醒學生這里需要注意的是：

（1）散射光中為什么還有波長不變的成分，根據之前學習的物理知識給出解釋。

（2）具體操作中盡量選擇較輕的散射物質，這是因為對于較輕的散射物質，原子核對電子的束縛較弱，幾乎所有電子都處于自由狀態，因此波長變大的成分相對較強；對于重物質，散射光中波長不變的成分將增強。

（3）康普頓散射只有在入射光的波長與電子的康普頓波長可以相比時才顯著。因此具體操作中要選擇合適的入射光。

三、結語

康普頓效應是近代物理的一個很重要的內容，在大學物理教學中對理解光的波粒二象性具有重要意義。培養學生的思考習慣，對現今工科院校大學物理的學習具有很好的促進作用，作者根據講授大學物理的經驗，提出來調節康普頓效應的散射角可以獲得不同波長的單色光，進而啟發學生思考獲得的單色光有什么實際應用。以此起到拋磚引玉的效果，對培養學生大學物理的學習起到很好的作用。

參考文獻：

[1]張慶國，尤景漢，陳慶東，等.物理學教程.下冊[M].北京：機械工業出版社，2013：226.

[2]周世勛.量子力學教程[M].北京：高等教育出版社，1979：3.