Moderni fysiikka
Comptonin siroama 45°:ssa
Välivaiheen kulma – siroaman fotonienergia laskee kohtuudella.
Comptonin siroama 45°:ssa – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Välivaiheen kulma – siroaman fotonienergia laskee kohtuudella. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Comptonin kulma
Välivaiheen kulma – siroaman fotonienergia laskee kohtuudella.
Välikulmissa aallonpituussiirtymä Δλ = λ_C(1 − cos θ) on arvojen 0 ja 2λ_C välissä. Energia ja liikemäärä jakautuvat siroavan fotonin ja rekyylielektronin kesken; kumpikaan hiukkanen ei ole lepotilassa törmäyksen jälkeen. Käytä θ = 45° siltaa viereensirotuksen ja takaisinsirotuksen rajojen välillä.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Energiansiirtymä
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Pienillä siroamakulmilla fotoni muuttaa suuntaansa tuskin lainkaan. Pieneneekö sen aallonpituussiirtymä myös häviäväni pieneksi, kun kulma lähestyy nollaa?
Punniteltavat ennusteet
- Kyllä – kun θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, joten aallonpituussiirtymä häviää fotonille, joka siroaa tuskin lainkaan.
- Siirtymä pysyy suunnilleen vakiointa myös pienillä kulmilla.
- Siirtymä oikeastaan kasvaa suuremmaksi pienillä kulmilla.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Siroamakulma θ (°)
Mitä mittaat:
- Aallonpituussiirtymä Δλ (pm)
Miten tutkimus etenee
- Avaa Compton 45 -esiasetus ja paina Nollaa. Tulevan röntgensäteen aallonpituus on 0.08 nm; siroamakulma on kiinnitetty arvoon 45°.
- Ota käyttöön aallonpituussiirtymän lukema.
- Aseta siroamakulma jokaiselle suoritukselle (pienet kulmat) ja kirjaa aallonpituussiirtymä.
Hallitseva yhtälö
Compton-siirtymä pienillä kulmilla — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Kun θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, joten Δλ → 0: fotoni, joka muuttaa suuntaansa tuskin lainkaan, menettää energiaa tuskin lainkaan, johdonmukaisena liikemäärän säilymisen kanssa lähes häiritsemättömälle törmäykselle.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Vertaa taulukkoon. Varmenna, että siirtymä pienenee θ:n lasketessa.
- Selitä, miksi lähes poikkeuttamaton fotoni (pieni θ) siirtää hyvin vähän liikemäärää elektroniin ja menettää siksi hyvin vähän energiaa – tästä syystä pieni aallonpituussiirtymä.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Toisin kuin tämän kokeen tuleva aallonpituus (0.08 nm, eri kuin compton-90:n 0.05 nm), aallonpituusSIIRTYMÄ Δλ annetulla kulmalla olisi identtinen kokeiden välillä. Selitä, miksi Comptonin kaava tekee siirtymästä riippumattoman saapuvan fotonin aallonpituudesta.
- Erittäin pienillä kulmilla Δλ:stä tulee vaikea mitata kokeellisesti (paljon suuremman) tulevan aallonpituuden suhteen. Selitä, miksi Comptonin siroamakokeet käyttävät tyypillisesti lyhytaaltoisia röntgensäteitä näkyvän valon sijaan, joissa jo pieni pikometriluokan siirtymä olisi vielä vähemmän havaittavissa.
- 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
- Tervetuloa Compton 45:een
- Valitse Compton-järjestely
- Paina Toista
- Kulma määrää energiamenetyksen
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →