فیزیک نوین
پراکندگی کامپتون در 90°
θ را عوض کنید — ببینید Δλ = λ_C(1 − cos θ) با زاویه رشد میکند.
پراکندگی کامپتون در 90° — شبیهسازی تعاملی فیزیک نوین. θ را عوض کنید — ببینید Δλ = λ_C(1 − cos θ) با زاویه رشد میکند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
پراکندگی کامپتون
θ را عوض کنید — ببینید Δλ = λ_C(1 − cos θ) با زاویه رشد میکند.
فوتون پرتو-X با الکترونی تقریباً آزاد در سکون برخورد میکند. فوتون پراکنده انرژی از دست میدهد و طول موجش بهاندازهٔ Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ) افزایش مییابد. در θ = 90° جابهجایی برابر طول موج کامپتون λ_C ≈ 2.43 pm است. θ را بگردانید و ببینید پرتو پراکندهٔ خطچین و قرائت Δλ با زاویه رشد میکند — شاهدی مستقیم که فوتونها تکانه حمل میکنند.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- تکانهٔ فوتون
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
فوتون پرتو ایکس از الکترون آزادی پراکنده میشود. آیا طول موج فوتون پراکنده تغییر میکند، و اگر بله، آیا مقدار جابهجایی به زاویهٔ پراکندگی بستگی دارد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- جابهجایی طول موج در هر زاویه همان است.
- بله — جابهجایی طول موج با زاویهٔ پراکندگی رشد میکند و بیشینهاش در 180° (کامل به عقب) است.
- طول موج فوتون پراکنده تغییر نمیکند (مثل پراکندگی موجی کلاسیک).
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- زاویهٔ پراکندگی θ (°)
آنچه اندازه میگیرید:
- جابهجایی طول موج Δλ (pm)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم کامپتون-90 را باز کنید و Reset بزنید. طول موج پرتو ایکس رسیده 0.05 nm است.
- قرائت جابهجایی طول موج را فعال کنید.
- زاویهٔ پراکندگی را برای هر آزمایش تنظیم کنید و جابهجایی طول موج را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
فرمول پراکندگی کامپتون — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
فوتونی که از الکترون آزاد پراکنده میشود بهاندازهٔ Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) به طول موج بلندتری میرود که فقط به زاویهٔ پراکندگی θ بستگی دارد — شاهد مستقیم اینکه فوتونها مانند ذرات تکانه حمل میکنند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) را با h = 6.626×10⁻³⁴ J·s و m_e = 9.109×10⁻³¹ kg و c = 3×10⁸ m/s حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- ببینید Δλ اصلاً به طول موج رسیده بستگی ندارد — فقط به زاویه. توضیح دهید چرا جابهجایی کامپتون همان است چه پرتو ایکس رسیده 0.05 nm باشد چه 0.5 nm.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- آزمایش 1923 کامپتون شاهد تاریخی بود که نور همچون ذره (فوتون) با تکانهٔ معین رفتار میکند، نه فقط موج — تصویر موجی خالص هیچ جابهجایی طول موجی در پراکندگی پیشبینی نمیکرد. توضیح دهید چرا جابهجاییِ وابسته به طول موج بهشکل کلاسیکی توضیحناپذیر میبود.
- ثابت h/(m_ec) ≈ 2.43 pm طول موج کامپتون الکترون نام دارد. توضیح دهید چرا این مقیاس طبیعیِ اندازهٔ جابهجایی ممکن طول موج فوتون در پراکندگی از الکترون را تعیین میکند.
- 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 90 خوش آمدید
- انتخاب چیدمان کامپتون
- Play را بفشارید
- جابهجایی طول موج فوتون
- 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.