Comptonův rozptyl: srovnání při mělkém úhlu

1 · Predikuj

Při malých rozptylových úhlech foton sotva mění směr. Stává se jeho posun vlnové délky také mizejícím malým, jak úhel jde k nule?

• 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.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu compton-45 a stiskni Resetovat. Vlnová délka dopadajícího rentgenu je 0.08 nm; rozptylový úhel je pevně 45°.
2. Zapni odečet posunu vlnové délky.
3. Nastav rozptylový úhel pro každý pokus (malé úhly) a zapiš posun vlnové délky.

3 · Sbírej data

Vynes Δλ (osa y) proti rozptylovému úhlu θ (osa x) pro své tři pokusy.

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Porovnej s tabulkou. Potvrď, že posun se zmenšuje, jak θ klesá.
2. Vysvětli, proč téměř neodchýlený foton (malé θ) přenáší na elektron velmi málo hybnosti a proto ztrácí velmi málo energie — odtud drobný posun vlnové délky.

5 · Rozšiř

1. 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.
2. 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.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky