Comptonův rozptyl: posun vlnové délky při 90°

1 · Predikuj

Foton rentgenu se rozptýlí na volném elektronu. Změní se vlnová délka rozptýleného fotonu, a pokud ano, závisí velikost posunu na rozptylovém úhlu?

• 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).

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu compton-90 a stiskni Resetovat. Vlnová délka dopadajícího rentgenu je 0.05 nm.
2. Zapni odečet posunu vlnové délky.
3. Nastav rozptylový úhel pro každý pokus a zapiš posun vlnové délky.

3 · Sbírej data

Vynes Δλ (osa y) proti (1 − cos θ) (osa x) pro své tři pokusy. Prochází čára počátkem?

4 · Analyzuj

1. 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.
2. 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.

5 · Rozšiř

1. 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.
2. 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.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky