当光子与物质相互作用时，光子的波长增加，方向改变，这是由于（）的结果。

这道题考查的是光子与物质相互作用的几种主要机制及其特征。我们需要根据题目中描述的两个关键现象——**波长增加**和**方向改变**，来辨析各个选项。 ### 详细解析： 1. **分析题干关键信息**： * **波长增加**：根据光子能量公式 $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$，波长 $\lambda$ 增加意味着光子的频率 $\nu$ 降低，即光子的**能量减小**。这说明光子在相互作用过程中损失了一部分能量给物质（通常是电子）。 * **方向改变**: 说明发生了散射现象。 2. **逐项分析**： * **A. 光电效应 (Photoelectric Effect)**： * 过程：光子被原子中的束缚电子完全吸收，电子获得能量逸出成为光电子。 * 结果：光子**消失**，不存在散射后的光子，因此谈不上“波长增加”或“方向改变”（针对原光子而言）。 * 结论：不符合题意。 * **B. 康普顿散射 (Compton Scattering)**： * 过程：高能光子（如X射线或$\gamma$射线）与物质中的**自由电子**或弱束缚电子发生弹性碰撞。 * 结果：光子将一部分能量传递给电子，导致自身能量减小。根据 $E = \frac{hc}{\lambda}$，能量减小对应**波长变长**（即波长增加，这种现象称为康普顿位移）。同时，光子运动**方向发生改变**。 * 结论：**完全符合题意**。 * **C. 汤姆逊散射 (Thomson Scattering)**： * 过程：低能光子与自由电子发生的弹性散射。 * 结果：在经典近似下，假设光子能量远小于电子静止能量，散射前后光子能量不变，即**波长不变**。虽然方向改变，但不满足“波长增加”这一条件。 * 结论：不符合题意。 * **D. 电子对产生 (Pair Production)**： * 过程：高能光子（能量 $> 1.022 \text{ MeV}$）在原子核附近转化为一个正电子和一个负电子。 * 结果：光子**消失**，转化为物质粒子。 * 结论：不符合题意。 ### 总结： 只有**康普顿散射**解释了光子在与电子碰撞后，因损失能量而导致波长变长（增加），且运动方向发生偏转的现象。 故正确答案为 **B**。