Physique moderne

Diffusion Compton à 45°

Angle intermédiaire — l'énergie du photon diffusé baisse modérément.

Diffusion Compton à 45° — simulation interactive de Physique moderne. Angle intermédiaire — l'énergie du photon diffusé baisse modérément. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Angle de Compton

angle intermédiaire  : l'énergie du photon dispersé diminue modérément.

angle intermédiaire  : l'énergie du photon dispersé diminue modérément.

• Diffusion Compton Δλ = λ_C(1−cos θ)
• Décalage d'énergie

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Aux petits angles de diffusion, un photon change à peine de direction. Son décalage de longueur d'onde devient-il également infime à mesure que l'angle se rapproche de zéro ?

Des pronostics à peser

• Oui — comme θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, donc le décalage de longueur d'onde disparaît pour un photon qui se diffuse à peine.
• Le décalage reste à peu près constant même sous de petits angles.
• Le décalage s’agrandit en réalité aux petits angles.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Angle de diffusion θ (°)

Ce que vous mesurez  :

• Décalage de longueur d'onde Δλ (pm)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage compton-45 et appuyez sur Réinitialiser. La longueur d'onde des rayons X incidents est 0.08 nm  ; l'angle de diffusion est fixé à 45°.
2. Activez la lecture du décalage de longueur d’onde.
3. Réglez l’angle de diffusion pour chaque essai (petits angles) et enregistrez le décalage de longueur d’onde.

Équation gouvernante

Décalage Compton aux petits angles — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

Comme θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, donc Δλ → 0  : un photon qui change à peine de direction perd à peine de l'énergie, ce qui est cohérent avec la conservation de l'impulsion pour une collision presque non perturbée.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Comparez avec le tableau. Confirmez que le décalage diminue à mesure que θ diminue.
• Expliquez pourquoi un photon presque non dévié (petit θ) transfère très peu d'impulsion à l'électron et perd donc très peu d'énergie, d'où le minuscule décalage de longueur d'onde.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Contrairement à la longueur d'onde incidente de cette expérience (0.08 nm, différente du 0.05 nm de compton-90), la longueur d'onde SHIFT Δλ à n'importe quel angle donné serait identique entre les deux expériences. Expliquez pourquoi la formule Compton rend le décalage indépendant de la longueur d'onde du photon entrant.
• Aux très petits angles, Δλ devient difficile à mesurer expérimentalement face à la longueur d'onde incidente (bien plus grande). Expliquez pourquoi les expériences de diffusion Compton utilisent généralement des rayons X de courte longueur d'onde plutôt que la lumière visible, où un décalage déjà minuscule, à l'échelle du picomètre, serait encore moins perceptible.

• 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

1. Bienvenue dans Compton 45°
2. Sélectionnez le montage de Compton
3. Appuyez sur Lecture
4. L'angle fixe la perte d'énergie
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Diffusion Compton