Moderne fysik
Compton-spredning ved 45°
Mellemvinkel — den spredte fotons energi falder moderat.
Compton-spredning ved 45° — interaktiv Moderne fysik-simulation. Mellemvinkel — den spredte fotons energi falder moderat. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Compton-vinkel
Mellemvinkel — den spredte fotons energi falder moderat.
Ved mellemvinkler ligger bølgelængdeforskydningen Δλ = λ_C(1 − cos θ) mellem 0 og 2λ_C. Energi og impuls deles mellem den spredte foton og den rekylende elektron; ingen af partiklerne er i hvile efter stødet. Brug θ = 45° som en bro mellem grænsen for strejfende spredning og tilbagespredning.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Energiforskydning
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
Ved små spredningsvinkler ændrer en foton næsten ikke retning. Bliver dens bølgelængdeforskydning også ubetydeligt lille, efterhånden som vinklen nærmer sig nul?
Forudsigelser at afveje
- Ja — når θ → 0°, går (1 − cos θ) → 0, så bølgelængdeforskydningen forsvinder for en foton, der næsten ikke spredes.
- Forskydningen forbliver omtrent konstant selv ved små vinkler.
- Forskydningen vokser faktisk ved små vinkler.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Spredningsvinkel θ (°)
Det, du måler:
- Bølgelængdeskift Δλ (pm)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen compton-45, og tryk på Nulstil. Den indfaldende røntgenbølgelængde er 0.08 nm; spredningsvinklen er fast på 45°.
- Slå bølgelængdeforskydningsaflæsningen til.
- Indstil spredningsvinklen for hvert forsøg (små vinkler), og notér bølgelængdeforskydningen.
Styrende ligning
Compton-forskydning ved små vinkler — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Når θ → 0°, går (1 − cos θ) → 0, så Δλ → 0: en foton, der næsten ikke ændrer retning, mister næsten ingen energi — i overensstemmelse med impulsbevarelse for et næsten uforstyrret stød.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for ét forsøg Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Sammenlign med tabellen. Bekræft, at forskydningen formindskes, når θ falder.
- Forklar, hvorfor en næsten uafbøjet foton (lille θ) overfører meget lidt impuls til elektronen og derfor mister meget lidt energi — derved den lille bølgelængdeforskydning.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- I modsætning til dette eksperiments indfaldende bølgelængde (0.08 nm, forskellig fra compton-90's 0.05 nm) ville bølgelængde-FORSKYDNINGEN Δλ ved en given vinkel være identisk mellem de to eksperimenter. Forklar, hvorfor Compton-formlen gør forskydningen uafhængig af den indkommende fotons bølgelængde.
- Ved meget små vinkler bliver Δλ svær at måle eksperimentelt i forhold til den (meget større) indfaldende bølgelængde. Forklar, hvorfor Compton-eksperimenter typisk bruger kortbølget røntgen frem for synligt lys, hvor en allerede lille forskydning på picometerskala ville være endnu mindre mærkbar.
- 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
- Velkommen til Compton 45
- Vælg Compton-opstillingen
- Tryk på Afspil
- Vinklen bestemmer energitabet
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →