الفيزياء الحديثة
تشتت كومبتون الخلفي (180°)
عند θ = 180° تكون إزاحة الطول الموجي قصوى (2λ_C).
تشتت كومبتون الخلفي (180°) — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. عند θ = 180° تكون إزاحة الطول الموجي قصوى (2λ_C). مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
التشتت الخلفي
عند θ = 180° يكون إزاحة الطول الموجي أقصى (2λ_C).
التبعثر الخلفي عند θ = 180° يعطي أقصى إزاحة كومبتون Δλ_max = 2λ_C، لأن cos 180° = −1. يهب الفوتون الساقط أكبر زخم للإلكترون المرتد؛ ويخرج الفوتون المبعثر بأطول طول موجي وأدنى طاقة. قارن هذا الحد بالزوايا الأصغر على المسرح.
- Δλ_max = 2λ_C
- θ = 180°
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
فوتون يتشتت مباشرة إلى الخلف (180°) ينقل أعلى زخم ممكن للإلكترون الذي يصدمه. هل تعطي حالة التشتت الخلفي هذه أكبر إزاحة كومبتون ممكنة للطول الموجي؟
توقعات للموازنة
- الحد الأقصى للإزاحة يحدث عند زاوية أخرى.
- الإزاحة واحدة عند كل الزوايا بما فيها 180°.
- نعم — التشتت الخلفي 180° يعظّم (1 − cos θ) فيعطي أكبر إزاحة ممكنة عند أي زاوية.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- زاوية التشتت θ (°)
ما تقيسه:
- إزاحة الطول الموجي Δλ (pm)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة كومبتون-180 واضغط إعادة. طول موجة الأشعة الساقطة 0.05 nm؛ وزاوية التشتت مثبتة عند 180°.
- فعّل قراءة إزاحة الطول الموجي.
- اضبط زاوية التشتت لكل تجربة (مقتربة من 180°) وسجل الإزاحة.
المعادلة الحاكمة
إزاحة كومبتون عند التشتت الخلفي — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
صيغة كومبتون Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) تبلغ أقصاها عند θ = 180°، حيث (1 − cos θ) = 2، معطية أكبر إزاحة طول موجي ممكنة: Δλ_max = 2h/(m_ec) ≈ 4.85 pm.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). قارن بالجدول. أكد أن θ = 180° تعطي Δλ = 2h/(m_ec)، القيمة القصوى الممكنة.
- اشرح، باستخدام (1 − cos θ)، لماذا تعطي 180° أقصى إزاحة: cos(180°) = −1، فيبلغ (1 − cos θ) أكبر قيمة ممكنة له وهي 2 عند تلك الزاوية.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- عند 180° ينعكس اتجاه الفوتون كليًا، ناقلًا الحد الأقصى الممكن من الزخم للإلكترون (انحفاظ الزخم). اشرح لماذا يقابل أقصى نقل للزخم أقصى فقد للطاقة (ومن ثم أقصى ازدياد في الطول الموجي) للفوتون.
- عند θ = 0° (لا تشتت إطلاقًا)، ماذا تساوي Δλ؟ هل هذا منطقي فيزيائيًا لفوتون لا يتفاعل؟
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- أهلًا بك في كومبتون 180
- حدد تجهيز كومبتون
- اضغط تشغيل
- أقصى إزاحة كومبتون
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.