Nüüdisaegne füüsika
Comptoni hajumine 90° juures
Muuda θ — vaata, kuidas Δλ = λ_C(1 − cos θ) nurgaga kasvab.
Comptoni hajumine 90° juures — interaktiivne Nüüdisaegne füüsika simulatsioon. Muuda θ — vaata, kuidas Δλ = λ_C(1 − cos θ) nurgaga kasvab. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Comptoni hajumine
Muuda θ — vaata, kuidas Δλ = λ_C(1 − cos θ) nurgaga kasvab.
Röntgenfooton põrkub peaaegu vaba paigalseisva elektroniga. Hajunud footon kaotab energiat ja tema lainepikkus kasvab Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ) võrra. θ = 90° juures võrdub nihe Comptoni lainepikkusega λ_C ≈ 2,43 pm. Keera θ ja vaata, kuidas punktiirne hajunud kiir ja Δλ näit nurgaga kasvavad — otsene tõend, et footonid kannavad impulssi.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Footoni impulss
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Röntgenfooton hajub vabalt elektronilt. Kas hajunud footoni lainepikkus muutub, ja kui jah, kas nihke suurus sõltub hajumisnurgast?
Kaalutavad ennustused
- Lainepikkuse nihe on sama igal nurgal.
- Jah — lainepikkuse nihe kasvab hajumisnurgaga, jõudes maksimumini 180° juures (otse tagasi).
- Hajunud footoni lainepikkus ei muutu (nagu klassikaline laine hajumine).
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Hajumisnurk θ (°)
Mida sa mõõdad:
- Lainepikkuse nihe Δλ (pm)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava compton-90 eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Sissetungiva röntgenkiirguse lainepikkus on 0,05 nm.
- Lülita sisse lainepikkuse nihke näit.
- Sea iga katse jaoks hajumisnurk ja kirjuta üles lainepikkuse nihe.
Juhtiv võrrand
Comptoni hajumise valem — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Vabalt elektronilt hajunud footon nihkub pikemale lainepikkusele võrra Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), sõltudes ainult hajumisnurgast θ — otsene tõend, et footonid kannavad impulsit nagu osakesed.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Arvuta ühes katses Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ), kasutades h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Võrdle tabeliga.
- Pane tähele, et Δλ ei sõltu sissetungivast lainepikkusest üldse — ainult nurgast. Selgita, miks Comptoni nihe on sama, olenemata kas sissetulev röntgen on 0,05 nm või 0,5 nm.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Comptoni 1923. aasta eksperiment oli ajalooline tõend, et valgus käitub osakestena (footonitena) kindla impulsiga, mitte ainult lainena — puhtalt laineline pilt ennustab hajumises lainepikkuse nihet üldse mitte. Selgita, miks lainepikkusest SÕLTUV nihe oleks olnud klassikaliselt selgitamatu.
- Konstanti h/(m_ec) ≈ 2.43 pm kutsutakse elektroni Comptoni lainepikkuseks. Selgita, miks see seab loomuliku suuruskaala sellele, kui palju footoni lainepikkus saab elektronilt hajudes nihkuda.
- 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
- Tere tulemast Compton 90 juurde
- Vali Comptoni seadistus
- Vajuta Esita
- Footoni lainepikkuse nihe
- Ava Omaduste paneel
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.