Moderni fysiikka
Comptonin siroama 90°:ssa
Muuta θ – katso Δλ = λ_C(1 − cos θ) kasvavan kulman mukana.
Comptonin siroama 90°:ssa – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Muuta θ – katso Δλ = λ_C(1 − cos θ) kasvavan kulman mukana. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Comptonin siroama
Muuta θ – katsele Δλ = λ_C(1 − cos θ) kasvavan kulman mukana.
Röntgenfotoni törmää lähes vapaaseen lepotilassa olevaan elektroniin. Siroava fotoni menettää energiaa, ja sen aallonpituus kasvaa arvolla Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Kohdassa θ = 90° siirtymä on yhtä suuri kuin Comptonin aallonpituus λ_C ≈ 2.43 pm. Kierrä θ:ta ja katsele katkoviivalla piirretyn siroamansäteen ja Δλ-lukeman kasvavan kulman mukana – suora todiste fotonien liikemäärästä.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Fotonin liikemäärä
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
Röntgenfotoni siroaa vapaasta elektronista. Muuttuuko siroavan fotonin aallonpituus, ja jos muuttuu, riippuuko siirtymän määrä siroamakulmasta?
Punniteltavat ennusteet
- Aallonpituussiirtymä on sama jokaisella kulmalla.
- Kyllä – aallonpituussiirtymä kasvaa siroamakulman mukana saavuttaen maksiminsa kohdassa 180° (suoraan taaksepäin).
- Siroavan fotonin aallonpituus ei muutu (kuten klassisessa aaltosiroamisessa).
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Siroamakulma θ (°)
Mitä mittaat:
- Aallonpituussiirtymä Δλ (pm)
Miten tutkimus etenee
- Avaa Compton 90 -esiasetus ja paina Nollaa. Tulevan röntgensäteen aallonpituus on 0.05 nm.
- Ota käyttöön aallonpituussiirtymän lukema.
- Aseta siroamakulma jokaiselle suoritukselle ja kirjaa aallonpituussiirtymä.
Hallitseva yhtälö
Comptonin siroamakaava — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Vapaasta elektronista siroava fotoni siirtyy pidempään aallonpituuteen arvolla Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), riippuen vain siroamakulmasta θ – suora todiste siitä, että fotonit kantavat liikemäärää kuin hiukkaset.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) arvoilla h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Vertaa taulukkoon.
- Huomaa, että Δλ ei riipu lainkaan tulevasta aallonpituudesta – vain kulmasta. Selitä, miksi Compton-siirtymä on sama riippumatta siitä, onko tuleva röntgensäde 0.05 nm vai 0.5 nm.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Comptonin vuoden 1923 koe oli historiallinen todiste siitä, että valo käyttäytyy kuin hiukkaset (fotonit) täsmällisellä liikemäärällä, eivät vain aallot – puhtaasti aaltokuva ennustaa ei mitään aallonpituussiirtymää lainkaan siroamisessa. Selitä, miksi aallonpituudesta RIIPPUVA siirtymä olisi ollut mahdoton selittää klassisesti.
- Vakio h/(m_ec) ≈ 2.43 pm kutsutaan elektronin Comptonin aallonpituudeksi. Selitä, miksi tämä asettaa luonnollisen kokoskaalan sille, kuinka paljon fotonin aallonpituus voi siirtyä siroaessaan elektronista.
- 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 90:een
- Valitse Compton-järjestely
- Paina Toista
- Fotonin aallonpituussiirtymä
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →