康普顿效应中波长增大成分的思考

琚伟伟 崔红玲

摘要：康普顿效应是近代物理部分的重要内容，在大学物理教学中对理解光的波粒二象性具有重要意义。作者在教学过程中思考通过调节康普顿效应的散射角可以实现光谱的离散频移，进而可以获得一系列新的具有我们所需波长的单色光。

关键词：大学物理教学；康普顿效应；散射角

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）17-0197-02

大学物理的教学中，近代物理部分的量子力学是比较难学的，作者在教学过程中常常想如何给学生以启发式的教学，让学生带着问题、带着思考来学习。后来在讲解康普顿效应这部分内容时启发学生，如果通过改变康普顿效应的散射角是否可以实现光谱的离散频移，进而获得一系列我们所需要波长的单色光。

一、理论背景

（一）爱因斯坦光量子论的提出

1905年，爱因斯坦为了解决光电效应中遇到的困难，提出了“光量子”（light quantum）概念。爱因斯坦认为，辐射场就是由光量子组成，每个光量子

称为电子的康普顿波长。

由此得出的理论结果和实验结果完全一致。康普顿因此证明了光子概念的正确性，也因此获得1927年的诺贝尔物理学奖[1，2]。

二、改变散射角实现康普顿效应中光谱的离散频移

讲课过程中让学生思考式子（7），通过式子（7）不难看出，通过调节散射角的大小，将有一部分散射的波长以原波长为基底进行离散变化，如果散射角调控得当，我们将可以获得不同波长的单色光。进而启发学生思考获得的单色光有什么实际应用。同时提醒学生这里需要注意的是：

（1）散射光中为什么还有波长不变的成分，根据之前学习的物理知识给出解释。

（2）具体操作中尽量选择较轻的散射物质，这是因为对于较轻的散射物质，原子核对电子的束缚较弱，几乎所有电子都处于自由状态，因此波长变大的成分相对较强；对于重物质，散射光中波长不变的成分将增强。

（3）康普顿散射只有在入射光的波长与电子的康普顿波长可以相比时才显著。因此具体操作中要选择合适的入射光。

三、结语

康普顿效应是近代物理的一个很重要的内容，在大学物理教学中对理解光的波粒二象性具有重要意義。培养学生的思考习惯，对现今工科院校大学物理的学习具有很好的促进作用，作者根据讲授大学物理的经验，提出来调节康普顿效应的散射角可以获得不同波长的单色光，进而启发学生思考获得的单色光有什么实际应用。以此起到抛砖引玉的效果，对培养学生大学物理的学习起到很好的作用。

参考文献：

[1]张庆国，尤景汉，陈庆东，等.物理学教程.下册[M].北京：机械工业出版社，2013：226.

[2]周世勋.量子力学教程[M].北京：高等教育出版社，1979：3.