Σύγχρονη φυσική

Οπίσθια σκέδαση Compton (180°)

Στο θ = 180° η μετατόπιση μήκους κύματος είναι μέγιστη (2λ_C).

Οπίσθια σκέδαση Compton (180°) — διαδραστική προσομοίωση Σύγχρονη φυσική. Στο θ = 180° η μετατόπιση μήκους κύματος είναι μέγιστη (2λ_C). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Οπίσθια σκέδαση

Στο θ = 180° η μετατόπιση μήκους κύματος είναι μέγιστη (2λ_C).

Η οπίσθια σκέδαση στο θ = 180° δίνει τη μέγιστη μετατόπιση Compton Δλ_max = 2λ_C, επειδή cos 180° = −1. Το προσπίπτον φωτόνιο δωρίζει τη μέγιστη ορμή στο αναπηδούν ηλεκτρόνιο· το σκεδαζόμενο φωτόνιο αναδύεται με το μεγαλύτερο μήκος κύματος και τη χαμηλότερη ενέργεια. Σύγκρινε αυτό το όριο με μικρότερες γωνίες στη σκηνή.

• Δλ_max = 2λ_C
• θ = 180°

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Φωτόνιο που σκεδάζεται ευθεία προς τα πίσω (180°) μεταφέρει τη μέγιστη δυνατή ορμή στο ηλεκτρόνιο που χτυπά. Δίνει αυτή η περίπτωση οπίσθιας σκέδασης τη μεγαλύτερη δυνατή μετατόπιση μήκους κύματος Compton;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Η μέγιστη μετατόπιση συμβαίνει σε κάποια άλλη γωνία.
• Η μετατόπιση είναι ίδια σε όλες τις γωνίες συμπεριλαμβανομένων των 180°.
• Ναι — η οπίσθια σκέδαση 180° μεγιστοποιεί το (1 − cos θ), δίνοντας τη μεγαλύτερη δυνατή μετατόπιση μήκους κύματος για οποιαδήποτε γωνία.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Γωνία σκέδασης θ (°)

Τι μετράς:

• Μετατόπιση μήκους κύματος Δλ (pm)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή compton-180 και πάτησε Επαναφορά. Το μήκος κύματος προσπίπτοντος ακτίνων Χ είναι 0.05 nm· η γωνία σκέδασης είναι σταθερή στα 180°.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη μετατόπισης μήκους κύματος.
3. Ρύθμισε τη γωνία σκέδασης για κάθε δοκιμή (πλησιάζοντας τις 180°) και κατέγραψε τη μετατόπιση μήκους κύματος.

Κυρίαρχη εξίσωση

Μετατόπιση Compton στην οπίσθια σκέδαση — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

Ο τύπος Compton Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) μεγιστοποιείται στο θ = 180°, όπου (1 − cos θ) = 2, δίνοντας τη μεγαλύτερη δυνατή μετατόπιση μήκους κύματος: Δλ_max = 2h/(m_ec) ≈ 4.85 pm.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Σύγκρινε με τον πίνακα. Επιβεβαίωσε ότι θ = 180° δίνει Δλ = 2h/(m_ec), τη μέγιστη δυνατή τιμή.
• Εξήγησε, χρησιμοποιώντας το (1 − cos θ), γιατί οι 180° δίνουν τη μέγιστη μετατόπιση: cos(180°) = −1, ώστε το (1 − cos θ) φτάνει τη μεγαλύτερη δυνατή τιμή του, 2, σε εκείνη τη γωνία.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Στις 180°, το φωτόνιο αντιστρέφει εντελώς τη διεύθυνσή του, μεταφέροντας τη μέγιστη δυνατή ορμή στο ηλεκτρόνιο (διατήρηση ορμής). Εξήγησε γιατί μέγιστη μεταφορά ορμής αντιστοιχεί σε μέγιστη απώλεια ενέργειας (και άρα μέγιστη αύξηση μήκους κύματος) για το φωτόνιο.
• Στο θ = 0° (καμία σκέδαση καθόλου), σε τι θα ισούτο το Δλ; Έχει αυτό φυσική λογική για φωτόνιο που δεν αλληλεπιδρά;

• 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

1. Καλώς όρισες στο Compton 180
2. Επίλεξε τη διάταξη Compton
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Μέγιστη μετατόπιση Compton
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Σκέδαση Compton