現代物理
180° コンプトン背散乱
θ = 180° で波長シフトは最大 (2λ_C) になります。
180° コンプトン背散乱 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。θ = 180° で波長シフトは最大 (2λ_C) になります。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
後方散乱
θ = 180° では波長シフトが最大（2λ_C）です。
θ = 180° では波長シフトが最大（2λ_C）です。
- Δλ_max = 2λ_C
- θ = 180°
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
真後ろ（180°）に散乱する光子は、衝突した電子へ可能な最大の運動量を移す。この後方散乱の場合、コンプトン波長シフトも最大になるか？
検討する予測
- 最大シフトは別の角度で起こる。
- 180° を含むすべての角度でシフトは同じである。
- はい — 180° の後方散乱では (1 − cos θ) が最大になり、どの角度でも可能な最大波長シフトが得られる。
可変的な役割
設定するもの：
- 散乱角 θ (°)
測定するもの：
- 波長シフト Δλ (pm)
実験の進め方
- compton-180 プリセットを開き、「リセット」を押す。入射 X 線の波長は 0.05 nm、散乱角は 180° に固定されている。
- 波長シフトの表示を有効にする。
- 各試行の散乱角（180°に近づける）を設定し、波長シフトを記録する。
支配方程式
後方散乱でのコンプトンシフト — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
コンプトンの式 Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) は、θ = 180° で最大になる。このとき (1 − cos θ) = 2 なので、可能な最大波長シフトは Δλ_max = 2h/(m_ec) ≈ 4.85 pm である。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) を計算する。表と比較し、θ = 180° で Δλ = 2h/(m_ec) という最大可能値になることを確認する。
- (1 − cos θ) を用いて、180°でシフトが最大になる理由を説明する。cos(180°) = −1 なので、この角度では (1 − cos θ) が可能な最大値 2 に達する。
実験以外での活用
- 180°では光子が完全に方向を反転し、運動量保存により電子へ可能な最大の運動量を移す。最大の運動量移行が、光子の最大のエネルギー損失、したがって最大の波長増加に対応する理由を説明する。
- θ = 0°（散乱なし）では Δλ はいくらになるか？相互作用しない光子について、この結果は物理的に妥当か？
- 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
- コンプトン後方散乱へようこそ
- コンプトン装置を選択
- 再生
- 最大コンプトンシフト
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。