Moderní fyzika
Comptonův rozptyl při 45°
Střední úhel — energie rozptýleného fotonu klesá mírně.
Comptonův rozptyl při 45° — interaktivní simulace Moderní fyzika. Střední úhel — energie rozptýleného fotonu klesá mírně. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Comptonův úhel
Střední úhel — energie rozptýleného fotonu klesá mírně.
Při středních úhlech leží posun vlnové délky Δλ = λ_C(1 − cos θ) mezi 0 a 2λ_C. Energie a hybnost se dělí mezi rozptýlený foton a ustupující elektron; po srážce není žádná částice v klidu. Použij θ = 45° jako most mezi limity podle letu a zpětného rozptylu.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Energetický posun
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Při malých rozptylových úhlech foton sotva mění směr. Stává se jeho posun vlnové délky také mizejícím malým, jak úhel jde k nule?
Predikce k zvážení
- Ano — jak θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, takže posun vlnové délky mizí pro foton, který se sotva rozptýlí.
- Posun zůstává zhruba konstantní i při malých úhlech.
- Posun naopak roste při malých úhlech.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Úhel rozptylu θ (°)
Co měříš:
- Posun vlnové délky Δλ (pm)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu compton-45 a stiskni Resetovat. Vlnová délka dopadajícího rentgenu je 0.08 nm; rozptylový úhel je pevně 45°.
- Zapni odečet posunu vlnové délky.
- Nastav rozptylový úhel pro každý pokus (malé úhly) a zapiš posun vlnové délky.
Řídící rovnice
Comptonův posun při malých úhlech — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Jak θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, takže Δλ → 0: foton, který sotva mění směr, sotva ztrácí energii, v souladu se zachováním hybnosti pro téměř nerušenou srážku.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Porovnej s tabulkou. Potvrď, že posun se zmenšuje, jak θ klesá.
- Vysvětli, proč téměř neodchýlený foton (malé θ) přenáší na elektron velmi málo hybnosti a proto ztrácí velmi málo energie — odtud drobný posun vlnové délky.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Na rozdíl od dopadající vlnové délky tohoto experimentu (0.08 nm, odlišné od 0.05 nm v compton-90) by posun vlnové délky Δλ při jakémkoli daném úhlu byl mezi oběma experimenty identický. Vysvětli, proč Comptonův vzorec dělá posun nezávislým na vlnové délce příchozího fotonu.
- Při velmi malých úhlech se Δλ stává experimentálně těžko měřitelným proti (mnohem větší) dopadající vlnové délce. Vysvětli, proč Comptonovy rozptylové experimenty typicky používají krátkovlnné rentgeny místo viditelného světla, kde už drobný posun v pikometrové škále by byl ještě méně znatelný.
- 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
- Vítej v Comptonovi 45
- Vyber Comptonovu sestavu
- Stiskni Spustit
- Úhel určuje ztrátu energie
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →