الفيزياء الحديثة
تشتت كومبتون عند 90°
غيّر θ — راقب Δλ = λ_C(1 − cos θ) تنمو مع الزاوية.
تشتت كومبتون عند 90° — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. غيّر θ — راقب Δλ = λ_C(1 − cos θ) تنمو مع الزاوية. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
تشتت كومبتون
غيّر θ — راقب Δλ = λ_C(1 − cos θ) ينمو مع الزاوية.
يصطدم فوتون أشعة سينية بإلكترون شبه حر ساكن. يفقد الفوتون المبعثر طاقة ويزيد طوله الموجي بمقدار Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). عند θ = 90° يساوي الإزاحة طول موجة كومبتون λ_C ≈ 2.43 pm. دوّر θ وراقب الشعاع المبعثر المتقطع وقراءة Δλ تنموان مع الزاوية — دليل مباشر على أن الفوتونات تحمل زخمًا.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- زخم الفوتون
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 أشعة سينية يتشتت عن إلكترون حر. هل يتغير طول موجته بعد التشتت؟ وإن كان، فهل يعتمد مقدار الإزاحة على زاوية التشتت؟
توقعات للموازنة
- الإزاحة واحدة عند كل زاوية.
- نعم — تنمو إزاحة الطول الموجي مع زاوية التشتت وتبلغ حدّها الأقصى عند 180° (ارتداد مباشر).
- لا يتغير طول موجة الفوتون المتشتت (كتشتت الموجة الكلاسيكي).
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- زاوية التشتت θ (°)
ما تقيسه:
- إزاحة الطول الموجي Δλ (pm)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة كومبتون-90 واضغط إعادة. طول موجة الأشعة السينية الساقطة 0.05 nm.
- فعّل قراءة إزاحة الطول الموجي.
- اضبط زاوية التشتت لكل تجربة وسجل إزاحة الطول الموجي.
المعادلة الحاكمة
صيغة تشتت كومبتون — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
الفوتون المتناثر عن إلكترون حر ينزاح إلى طول موجي أطول بمقدار Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ)، اعتمادًا على زاوية التشتت θ فقط — دليل مباشر على أن الفوتونات تحمل زخمًا كالجسيمات.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) باستخدام h = 6.626×10⁻³⁴ J·s و m_e = 9.109×10⁻³¹ kg و c = 3×10⁸ m/s. قارن بالجدول.
- لاحظ أن Δλ لا تعتمد على الطول الموجي الساقط إطلاقًا — بل على الزاوية فقط. اشرح لماذا إزاحة كومبتون واحدة سواء كانت الأشعة الواردة 0.05 nm أو 0.5 nm.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- كانت تجربة كومبتون 1923 دليلًا تاريخيًا على أن الضوء يتصرف كجسيمات (فوتونات) بزخم محدد لا كموجات فحسب — فالصورة الموجية الخالصة تتنبأ بعدم أي إزاحة في التشتت. اشرح لماذا كانت إزاحةً تعتمد على الطول الموجي ستستعصي على التفسير الكلاسيكي.
- الثابت h/(m_ec) ≈ 2.43 pm يسمى طول موجة كومبتون للإلكترون. اشرح لماذا يحدد هذا المقياس الطبيعي لمقدار ما يمكن أن يتحول طول موجة الفوتون عند التشتت عن إلكترون.
- 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 90
- حدد تجهيز كومبتون
- اضغط تشغيل
- إزاحة طول موجة الفوتون
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.