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光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。
(1)由狭义相对论可知,一定的质量m与一定的能量E相对应:E=mc2,其中c为真空中光速。已知某单色光的频率为ν,波长为λ,该单色光光子的能量E=hν,其中h为普朗克常量。试借用质子、电子等粒子动量的定义:动量=质量×速度,推导该单色光光子动量表达式。
(2)康普顿在研究X射线与物质散射实验时,他假设X射线中的单个光子与轻元素中的电子发生弹性碰撞,而且光子和电子、质子这样的实物粒子一样,既具有能量,又具有动量。现设一光子与一静止的电子发生了弹性斜碰,如图所示,碰撞前后系统能量守恒,且动量守恒定律遵循矢量法则,在互相垂直的两个方向上,作用前后的动量也守恒。
①若入射光子的波长为λ0,与静止电子发生斜碰后,光子的偏转角为α=37°,电子沿与光子的入射方向成β=45°飞出,求碰撞后光子的波长λ和电子的动量p(sin37°=0.6,cos37°=0.8);
②光子与固体靶中的电子(电子的动能很小,初状态可认为静止)发生碰撞后,波长如何变化?试从理论上定性说明。

【答案】(1)该单色光光子动量表达式为:
p
=
h
λ

(2)①碰撞后光子的波长为
7
5
λ
0
,碰撞后光子的动量为
3
2
7
h
λ

②光子与固体靶中的电子(电子的动能很小,初状态可认为静止)发生碰撞后,波长变长
【解答】
【点评】
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