Compton-spredning: Bølgelængdeforskydning ved 90°

1 · Forudsig

En røntgenfoton spredes mod en fri elektron. Ændrer den spredte fotons bølgelængde sig, og afhænger størrelsen af forskydningen i så fald af spredningsvinklen?

• 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).

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen compton-90, og tryk på Nulstil. Den indfaldende røntgenbølgelængde er 0.05 nm.
2. Slå bølgelængdeforskydningsaflæsningen til.
3. Indstil spredningsvinklen for hvert forsøg, og notér bølgelængdeforskydningen.

3 · Saml data

Afbild Δλ (y-aksen) mod (1 − cos θ) (x-aksen) for dine tre forsøg. Er linjen ret og går gennem nulpunktet?

4 · Analysér

1. 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.
2. 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.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark