Σύγχρονη φυσική
Σκέδαση Compton στις 90°
Άλλαξε θ — δες το Δλ = λ_C(1 − cos θ) να μεγαλώνει με τη γωνία.
Σκέδαση Compton στις 90° — διαδραστική προσομοίωση Σύγχρονη φυσική. Άλλαξε θ — δες το Δλ = λ_C(1 − cos θ) να μεγαλώνει με τη γωνία. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Σκέδαση Compton
Άλλαξε θ — δες το Δλ = λ_C(1 − cos θ) να μεγαλώνει με τη γωνία.
Φωτόνιο ακτίνων Χ συγκρούεται με σχεδόν ελεύθερο ηλεκτρόνιο σε ηρεμία. Το σκεδαζόμενο φωτόνιο χάνει ενέργεια και το μήκος κύματός του αυξάνεται κατά Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Στο θ = 90° η μετατόπιση ισούται με το μήκος κύματος Compton λ_C ≈ 2.43 pm. Περιστρέψε το θ και δες τη διακεκομμένη σκεδαζόμενη ακτίνα και την ένδειξη Δλ να μεγαλώνουν με τη γωνία — απευθείας απόδειξη ότι τα φωτόνια μεταφέρουν ορμή.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Ορμή φωτονίου
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 ακτίνων Χ σκεδάζεται από ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Αλλάζει το μήκος κύματος του σκεδαζόμενου φωτονίου, και αν ναι, εξαρτάται το μέγεθος της μετατόπισης από τη γωνία σκέδασης;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Η μετατόπιση μήκους κύματος είναι ίδια σε κάθε γωνία.
- Ναι — η μετατόπιση μήκους κύματος μεγαλώνει με τη γωνία σκέδασης, φτάνοντας το μέγιστό της στα 180° (ευθεία πίσω).
- Το μήκος κύματος του σκεδαζόμενου φωτονίου δεν αλλάζει (όπως στην κλασική κυματική σκέδαση).
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Γωνία σκέδασης θ (°)
Τι μετράς:
- Μετατόπιση μήκους κύματος Δλ (pm)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή compton-90 και πάτησε Επαναφορά. Το μήκος κύματος προσπίπτοντος ακτίνων Χ είναι 0.05 nm.
- Ενεργοποίησε την ένδειξη μετατόπισης μήκους κύματος.
- Ρύθμισε τη γωνία σκέδασης για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη μετατόπιση μήκους κύματος.
Κυρίαρχη εξίσωση
Τύπος σκέδασης Compton — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Φωτόνιο που σκεδάζεται από ελεύθερο ηλεκτρόνιο μετατοπίζεται σε μεγαλύτερο μήκος κύματος κατά Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), εξαρτώμενο μόνο από τη γωνία σκέδασης θ — απευθείας τεκμήριο ότι τα φωτόνια μεταφέρουν ορμή σαν σωματίδια.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) χρησιμοποιώντας h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Σύγκρινε με τον πίνακα.
- Πρόσεξε ότι το Δλ δεν εξαρτάται καθόλου από το μήκος κύματος πρόσπτωσης — μόνο από τη γωνία. Εξήγησε γιατί η μετατόπιση Compton είναι ίδια είτε τα εισερχόμενα ακτίνες Χ είναι 0.05 nm είτε 0.5 nm.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Το πείραμα Compton του 1923 ήταν ιστορικό τεκμήριο ότι το φως συμπεριφέρεται σαν σωματίδια (φωτόνια) με ορισμένη ορμή, όχι μόνο κύματα — μια καθαρά κυματική εικόνα προβλέπει καμία μετατόπιση μήκους κύματος καθόλου στη σκέδαση. Εξήγησε γιατί μια εξαρτώμενη-από-μήκος-κύματος μετατόπιση θα ήταν αδύνατο να εξηγηθεί κλασικά.
- Η σταθερά h/(m_ec) ≈ 2.43 pm λέγεται μήκος κύματος Compton του ηλεκτρονίου. Εξήγησε γιατί αυτό ορίζει τη φυσική κλίμακα μεγέθους του πόσο μπορεί να μετατοπιστεί το μήκος κύματος φωτονίου όταν σκεδάζεται από ηλεκτρόνιο.
- 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
- Καλώς όρισες στο Compton 90
- Επίλεξε τη διάταξη Compton
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Μετατόπιση μήκους κύματος φωτονίου
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →