Σκέδαση Compton: Μετατόπιση μήκους κύματος στα 90°

1 · Πρόβλεψε

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;

• 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).

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή compton-90 και πάτησε Επαναφορά. Το μήκος κύματος προσπίπτοντος ακτίνων Χ είναι 0.05 nm.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη μετατόπισης μήκους κύματος.
3. Ρύθμισε τη γωνία σκέδασης για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη μετατόπιση μήκους κύματος.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το Δλ (άξονας y) έναντι του (1 − cos θ) (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία και περνά από την αρχή των αξόνων;

4 · Ανάλυση

1. 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.
2. 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.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής