Compton-spredning: Maksimal forskydning ved tilbagespredning

1 · Forudsig

En foton, der spredtes lige bagud (180°), overfører mest mulig impuls til den elektron, den rammer. Giver dette tilbagespredningstilfælde den størst mulige Compton-bølgelængdeforskydning?

• Den maksimale forskydning sker ved en anden vinkel.
• Forskydningen er den samme ved alle vinkler inklusive 180°.
• Ja — tilbagespredning ved 180° maksimerer (1 − cos θ) og giver den størst mulige bølgelængdeforskydning for enhver vinkel.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen compton-180, og tryk på Nulstil. Den indfaldende røntgenbølgelængde er 0.05 nm; spredningsvinklen er fast på 180°.
2. Slå bølgelængdeforskydningsaflæsningen til.
3. Indstil spredningsvinklen for hvert forsøg (nært 180°), og notér bølgelængdeforskydningen.

3 · Saml data

Afbild Δλ (y-aksen) mod spredningsvinkel θ (x-aksen) for dine tre forsøg. Ser det ud til at flade ud nær 180°?

4 · Analysér

1. Beregn for ét forsøg Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Sammenlign med tabellen. Bekræft, at θ = 180° giver Δλ = 2h/(m_ec), den maksimalt mulige værdi.
2. Forklar ud fra (1 − cos θ), hvorfor 180° giver den maksimale forskydning: cos(180°) = −1, så (1 − cos θ) når sin størst mulige værdi, 2, ved den vinkel.

5 · Udvid

1. Ved 180° vender fotonen fuldstændig retning og overfører den maksimalt mulige impuls til elektronen (impulsbevarelse). Forklar, hvorfor maksimal impulsoverførsel svarer til maksimal energitab (og dermed maksimal bølgelængdeforøgelse) for fotonen.
2. Ved θ = 0° (slet ingen spredning), hvad ville Δλ så være? Giver det fysisk mening for en foton, der ikke vekselvirker?

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark