فیزیک نوین
پراکندگی کامپتون در 45°
زاویهٔ میانی — انرژی فوتون پراکنده بهاندازهٔ متوسطی افت میکند.
پراکندگی کامپتون در 45° — شبیهسازی تعاملی فیزیک نوین. زاویهٔ میانی — انرژی فوتون پراکنده بهاندازهٔ متوسطی افت میکند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
زاویهٔ کامپتون
زاویهٔ میانی — انرژی فوتون پراکنده بهاندازهٔ متوسطی افت میکند.
در زوایای میانی جابهجایی طول موج Δλ = λ_C(1 − cos θ) بین 0 و 2λ_C میافتد. انرژی و تکانه میان فوتون پراکنده و الکترون پسزننده شریک میشوند؛ هیچکدام پس از برخورد ساکن نیستند. از θ = 45° بهعنوان پلی میان حدهای مماسی و پسپراکنش استفاده کنید.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- جابهجایی انرژی
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
در زاویههای پراکندگی کوچک، فوتون بهسختی جهتش را عوض میکند. آیا جابهجایی طول موجش هم با نزدیکشدن زاویه به صفر بهطور ناپدیداری کوچک میشود؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- بله — وقتی θ → 0°، (1 − cos θ) → 0، پس جابهجایی طول موج برای فوتونی که بهسختی پراکنده میشود صفر میشود.
- جابهجایی حتی در زاویههای کوچک تقریباً ثابت میماند.
- جابهجایی در زاویههای کوچک واقعاً بزرگتر میشود.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- زاویهٔ پراکندگی θ (°)
آنچه اندازه میگیرید:
- جابهجایی طول موج Δλ (pm)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم کامپتون-45 را باز کنید و Reset بزنید. طول موج پرتو ایکس رسیده 0.08 nm است؛ زاویهٔ پراکندگی ثابت 45°.
- قرائت جابهجایی طول موج را فعال کنید.
- زاویهٔ پراکندگی را برای هر آزمایش (زاویههای کوچک) تنظیم کنید و جابهجایی طول موج را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
جابهجایی کامپتون در زاویههای کوچک — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
وقتی θ → 0°، داریم (1 − cos θ) → 0، پس Δλ → 0: فوتونی که بهسختی جهتش را عوض میکند بهسختی انرژی میدهد، همخوان با پایستگی تکانه در برخوردی تقریباً دستنخورده.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) را حساب کنید. با جدول مقایسه کنید. تأیید کنید با کوچک شدن θ، جابهجایی نیز کوچک میشود.
- توضیح دهید چرا فوتونِ تقریباً بیانحراف (θ کوچک) تکانهٔ بسیار کمی به الکترون میدهد و در نتیجه انرژی کمی از دست میدهد — پس جابهجایی طول موج بسیار کوچک است.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- برخلاف طول موج رسیدهٔ این آزمایش (0.08 nm، متفاوت از کامپتون-90 که 0.05 nm است)، «جابهجایی» طول موج Δλ در هر زاویهٔ معین میان دو آزمایش یکسان است. توضیح دهید چرا فرمول کامپتون جابهجایی را مستقل از طول موج فوتونِ رسیده میکند.
- در زاویههای بسیار کوچک، سنجش Δλ در برابر طول موج رسیده (خیلی بزرگتر) سخت میشود. توضیح دهید چرا آزمایشهای پراکندگی کامپتون معمولاً از پرتو ایکس کوتاهول بهجای نور مرئی استفاده میکنند، جایی که جابهجاییِ از پیش ریزِ پیکومتری باز هم کمدیدتر میشد.
- 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
- به کامپتون 45 خوش آمدید
- انتخاب برپاسازی کامپتون
- Play را بفشارید
- زاویه، اتلاف انرژی را تعیین میکند
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.