الفيزياء الحديثة
تشتت كومبتون عند 45°
زاوية متوسطة — طاقة الفوتون المتشتت تهبط باعتدال.
تشتت كومبتون عند 45° — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. زاوية متوسطة — طاقة الفوتون المتشتت تهبط باعتدال. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
زاوية كومبتون
زاوية متوسطة — طاقة الفوتون المتشتت تهبط باعتدال.
عند الزوايا المتوسطة يقع إزاحة الطول الموجي Δλ = λ_C(1 − cos θ) بين 0 و2λ_C. تتقاسم الطاقة والزخم بين الفوتون المبعثر والإلكترون المرتد؛ لا يبقى أي من الجسيمين ساكنًا بعد التصادم. استخدم θ = 45° كجسر بين حدي التماس والتبعثر الخلفي.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- إزاحة الطاقة
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
عند زوايا التشتت الصغيرة بالكاد يغير الفوتون اتجاهه. هل تصغر إزاحة طوله الموجي حتى تتلاشى كلما اقتربت الزاوية من الصفر؟
توقعات للموازنة
- نعم — مع θ → 0° يؤول (1 − cos θ) إلى 0، فتتلاشى الإزاحة لفوتون بالكاد يتشتت.
- تبقى الإزاحة ثابتة تقريبًا حتى عند الزوايا الصغيرة.
- بل تنمو الإزاحة أكبر عند الزوايا الصغيرة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- زاوية التشتت θ (°)
ما تقيسه:
- إزاحة الطول الموجي Δλ (pm)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة كومبتون-45 واضغط إعادة. طول موجة الأشعة الساقطة 0.08 nm؛ والزاوية مثبتة عند 45°.
- فعّل قراءة إزاحة الطول الموجي.
- اضبط زاوية التشتت لكل تجربة (زوايا صغيرة) وسجل الإزاحة.
المعادلة الحاكمة
إزاحة كومبتون عند الزوايا الصغيرة — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
مع θ → 0° يؤول (1 − cos θ) إلى 0 فتؤول Δλ إلى 0: فوتون بالكاد يغير اتجاهه بالكاد يفقد طاقة، اتساقًا مع انحفاظ الزخم لاصطدام شبه غير مضطرب.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). قارن بالجدول. أكد أن الإزاحة تتقلص مع تناقص θ.
- اشرح لماذا ينقل فوتون بالكاد ينحرف (θ صغيرة) زخمًا ضئيلًا جدًا للإلكترون، فيهمل طاقة قليلة جدًا — ومن هنا الإزاحة الضئيلة.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- بخلاف طول موجة السقوط في هذه التجربة (0.08 nm، المختلف عن 0.05 nm في كومبتون-90)، إزاحةُ الطول الموجي Δλ عند أي زاوية معينة ستكون متطابقة بين التجربتين. اشرح لماذا تجعل صيغة كومبتون الإزاحة مستقلة عن طول موجة الفوتون الوارد.
- عند الزوايا الصغيرة جدًا يصعب قياس Δλ تجريبيًا أمام الطول الموجي الساقط (الأكبر بكثير). اشرح لماذا تستخدم تجارب تشتت كومبتون عادة أشعةً سينية قصيرة الموجة لا ضوءًا مرئيًا، حيث تصبح إزاحة بيكومترية ضئيلة أصلًا أقل وضوحًا.
- 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 45
- حدد تجهيز كومبتون
- اضغط تشغيل
- الزاوية تحدد فقد الطاقة
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.