Σύγχρονη φυσική

Σκέδαση Compton στις 45°

Ενδιάμεση γωνία — η ενέργεια του σκεδασμένου φωτονίου πέφτει μέτρια.

Σκέδαση Compton στις 45° — διαδραστική προσομοίωση Σύγχρονη φυσική. Ενδιάμεση γωνία — η ενέργεια του σκεδασμένου φωτονίου πέφτει μέτρια. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Γωνία Compton

Ενδιάμεση γωνία — η ενέργεια του σκεδαζόμενου φωτονίου πέφτει μέτρια.

Σε ενδιάμεσες γωνίες η μετατόπιση μήκους κύματος Δλ = λ_C(1 − cos θ) βρίσκεται μεταξύ 0 και 2λ_C. Ενέργεια και ορμή μοιράζονται μεταξύ του σκεδαζόμενου φωτονίου και του αναπηδούν ηλεκτρονίου· κανένα σωματίδιο δεν είναι σε ηρεμία μετά την κρούση. Χρησιμοποίησε θ = 45° ως γέφυρα μεταξύ των ορίων εφαπτομενικής σκέδασης και οπίσθιας σκέδασης.

• Δλ = λ_C(1−cos θ)
• Μετατόπιση ενέργειας

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

Σε μικρές γωνίες σκέδασης, ένα φωτόνιο αλλάζει barely διεύθυνση. Η μετατόπιση μήκους κύματός του γίνεται επίσης αμελητέα μικρή καθώς η γωνία πλησιάζει το μηδέν;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Ναι — καθώς θ → 0°, το (1 − cos θ) → 0, ώστε η μετατόπιση μήκους κύματος εξαφανίζεται για φωτόνιο που σκεδάζεται barely.
• Η μετατόπιση μένει περίπου σταθερή ακόμη και σε μικρές γωνίες.
• Η μετατόπιση στην πραγματικότητα μεγαλώνει σε μικρές γωνίες.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Γωνία σκέδασης θ (°)

Τι μετράς:

• Μετατόπιση μήκους κύματος Δλ (pm)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή compton-45 και πάτησε Επαναφορά. Το μήκος κύματος προσπίπτοντος ακτίνων Χ είναι 0.08 nm· η γωνία σκέδασης είναι σταθερή στις 45°.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη μετατόπισης μήκους κύματος.
3. Ρύθμισε τη γωνία σκέδασης για κάθε δοκιμή (μικρές γωνίες) και κατέγραψε τη μετατόπιση μήκους κύματος.

Κυρίαρχη εξίσωση

Μετατόπιση Compton σε μικρές γωνίες — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

Καθώς θ → 0°, το (1 − cos θ) → 0, ώστε Δλ → 0· φωτόνιο που barely αλλάζει διεύθυνση barely χάνει ενέργεια, συνεπές με τη διατήρηση ορμής για σχεδόν-αδιατάρακτη κρούση.

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 η μετατόπιση συρρικνώνεται καθώς το θ μειώνεται.
• Εξήγησε γιατί σχεδόν-απόκλων φωτόνιο (μικρό θ) μεταφέρει πολύ λίγη ορμή στο ηλεκτρόνιο, και συνεπώς χάνει πολύ λίγη ενέργεια — άρα η μικροσκοπική μετατόπιση μήκους κύματος.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Σε αντίθεση με το μήκος κύματος πρόσπτωσης αυτού του πειράματος (0.08 nm, διαφορετικό από τα 0.05 nm του compton-90), η ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ μήκους κύματος Δλ σε οποιαδήποτε δεδομένη γωνία θα ήταν πανομοιότυπη μεταξύ των δύο πειραμάτων. Εξήγησε γιατί ο τύπος Compton κάνει τη μετατόπιση ανεξάρτητη του μήκους κύματος του εισερχόμενου φωτονίου.
• Σε πολύ μικρές γωνίες, το Δλ γίνεται δύσκολο να μετρηθεί πειραματικά έναντι του (πολύ μεγαλύτερου) μήκους κύματος πρόσπτωσης. Εξήγησε γιατί τα πειράματα σκέδασης Compton τυπικά χρησιμοποιούν μικρού μήκους κύματος ακτίνες Χ αντί για ορατό φως, όπου μια ήδη μικροσκοπική κλίμακας πικομέτρου μετατόπιση θα ήταν ακόμη λιγότερο αισθητή.

• 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 45
2. Επίλεξε τη διάταξη Compton
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Η γωνία ορίζει την απώλεια ενέργειας
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