Moderne fysik
Compton-spredning ved 90°
Ændr θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) vokse med vinklen.
Compton-spredning ved 90° — interaktiv Moderne fysik-simulation. Ændr θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) vokse med vinklen. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Compton-spredning
Ændr θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) vokse med vinklen.
En røntgenfoton støder sammen med en næsten fri elektron i hvile. Den spredte foton mister energi, og dens bølgelængde vokser med Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Ved θ = 90° er forskydningen lig med Compton-bølgelængden λ_C ≈ 2.43 pm. Rotér θ og se den stiplede spredte stråle og Δλ-aflæsningen vokse med vinklen — direkte bevis på, at fotoner bærer impuls.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Fotonimpuls
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
En røntgenfoton spredes mod en fri elektron. Ændrer den spredte fotons bølgelængde sig, og afhænger størrelsen af forskydningen i så fald af spredningsvinklen?
Forudsigelser at afveje
- Bølgelængdeforskydningen er den samme ved enhver vinkel.
- Ja — bølgelængdeforskydningen vokser med spredningsvinklen og når sit maksimum ved 180° (lige tilbage).
- Den spredte fotons bølgelængde ændrer sig ikke (som klassisk bølgespredning).
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Spredningsvinkel θ (°)
Det, du måler:
- Bølgelængdeskift Δλ (pm)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen compton-90, og tryk på Nulstil. Den indfaldende røntgenbølgelængde er 0.05 nm.
- Slå bølgelængdeforskydningsaflæsningen til.
- Indstil spredningsvinklen for hvert forsøg, og notér bølgelængdeforskydningen.
Styrende ligning
Compton-spredningsformel — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
En foton, der spredes mod en fri elektron, forskydes til en længere bølgelængde med Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), afhængig kun af spredningsvinklen θ — direkte bevis på, at fotoner bærer impuls som partikler.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for ét forsøg Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) med h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Sammenlign med tabellen.
- Bemærk, at Δλ slet ikke afhænger af den indfaldende bølgelængde — kun af vinklen. Forklar, hvorfor Compton-forskydningen er den samme, uanset om det indkommende røntgenlys er 0.05 nm eller 0.5 nm.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Comptons eksperiment fra 1923 var historisk bevis på, at lys opfører sig som partikler (fotoner) med bestemt impuls, ikke kun bølger — et rent bølgebillede forudsiger slet ingen bølgelængdeforskydning ved spredning. Forklar, hvorfor en bølgelængde-AFHÆNGIG forskydning ville have været umulig at forklare klassisk.
- Konstanten h/(m_ec) ≈ 2.43 pm kaldes elektronens Compton-bølgelængde. Forklar, hvorfor den sætter den naturlige størrelsesskala for, hvor meget en fotons bølgelængde kan forskydes ved spredning mod en elektron.
- 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 90
- Vælg Compton-opstillingen
- Tryk på Afspil
- Fotonens bølgelængdeforskydning
- 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 →