Moderní fyzika
Comptonův rozptyl při 90°
Měň θ — sleduj, jak Δλ = λ_C(1 − cos θ) roste s úhlem.
Comptonův rozptyl při 90° — interaktivní simulace Moderní fyzika. Měň θ — sleduj, jak Δλ = λ_C(1 − cos θ) roste s úhlem. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Comptonův rozptyl
Měň θ — sleduj, jak Δλ = λ_C(1 − cos θ) roste s úhlem.
Foton rentgenu se sráží s téměř volným elektronem v klidu. Rozptýlený foton ztrácí energii a jeho vlnová délka se zvětšuje o Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Při θ = 90° se posun rovná Comptonově vlnové délce λ_C ≈ 2.43 pm. Otáčej θ a sleduj, jak přerušovaný rozptýlený paprsek i odečet Δλ rostou s úhlem — přímý důkaz, že fotony nesou hybnost.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Hybnost fotonu
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
Foton rentgenu se rozptýlí na volném elektronu. Změní se vlnová délka rozptýleného fotonu, a pokud ano, závisí velikost posunu na rozptylovém úhlu?
Predikce k zvážení
- Posun vlnové délky je při každém úhlu stejný.
- Ano — posun vlnové délky roste s rozptylovým úhlem a dosahuje maxima při 180° (přímo zpět).
- Vlnová délka rozptýleného fotonu se nemění (jako u klasického vlnového rozptylu).
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Úhel rozptylu θ (°)
Co měříš:
- Posun vlnové délky Δλ (pm)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu compton-90 a stiskni Resetovat. Vlnová délka dopadajícího rentgenu je 0.05 nm.
- Zapni odečet posunu vlnové délky.
- Nastav rozptylový úhel pro každý pokus a zapiš posun vlnové délky.
Řídící rovnice
Vzorec Comptonova rozptylu — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Foton rozptýlený na volném elektronu se posouvá na delší vlnovou délku o Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), závislou jen na rozptylovém úhlu θ — přímý důkaz, že fotony nesou hybnost jako částice.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) s h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Porovnej s tabulkou.
- Všimni si, že Δλ vůbec nezávisí na dopadající vlnové délce — jen na úhlu. Vysvětli, proč Comptonův posun je stejný, ať příchozí rentgen je 0.05 nm, nebo 0.5 nm.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Comptonův experiment z roku 1923 byl historickým důkazem, že světlo se chová jako částice (fotony) s určitou hybnostíí, ne jen vlny — čistě vlnový obraz predikuje při rozptylu žádný posun vlnové délky. Vysvětli, proč posun vlnové délky ZÁVISLÝ na ní by byl klasicky nevysvětlitelný.
- Konstanta h/(m_ec) ≈ 2.43 pm se nazývá Comptonova vlnová délka elektronu. Vysvětli, proč tato určuje přirozenou škálu velikosti, o kolik se může vlnová délka fotonu posunout při rozptylu na elektronu.
- 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 90
- Vyber Comptonovu sestavu
- Stiskni Spustit
- Posun vlnové délky fotonu
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →