Compton-spredning: En sammenligning ved lille vinkel

1 · Forudsig

Ved små spredningsvinkler ændrer en foton næsten ikke retning. Bliver dens bølgelængdeforskydning også ubetydeligt lille, efterhånden som vinklen nærmer sig nul?

• 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.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen compton-45, og tryk på Nulstil. Den indfaldende røntgenbølgelængde er 0.08 nm; spredningsvinklen er fast på 45°.
2. Slå bølgelængdeforskydningsaflæsningen til.
3. Indstil spredningsvinklen for hvert forsøg (små vinkler), og notér bølgelængdeforskydningen.

3 · Saml data

Afbild Δλ (y-aksen) mod spredningsvinkel θ (x-aksen) for dine tre forsøg.

4 · Analysér

1. Beregn for ét forsøg Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Sammenlign med tabellen. Bekræft, at forskydningen formindskes, når θ falder.
2. Forklar, hvorfor en næsten uafbøjet foton (lille θ) overfører meget lidt impuls til elektronen og derfor mister meget lidt energi — derved den lille bølgelængdeforskydning.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark