現代物理
45° コンプトン散乱
中間の角度 — 散乱光子のエネルギーは適度に低下します。
45° コンプトン散乱 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。中間の角度 — 散乱光子のエネルギーは適度に低下します。 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。
コンプトン角
中間の角度：散乱光子のエネルギーは適度に低下します。
中間の角度：散乱光子のエネルギーは適度に低下します。
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- エネルギーシフト
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
散乱角が小さいと、光子は方向をほとんど変えない。角度がゼロに近づくと、波長シフトも限りなく小さくなるか？
検討する予測
- はい — θ → 0° では (1 − cos θ) → 0 なので、ほとんど散乱しない光子の波長シフトは消える。
- 小さい角度でも、シフトはおよそ一定に保たれる。
- 小さい角度では、実際にはシフトが大きくなる。
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-45 プリセットを開き、「リセット」を押す。入射 X 線の波長は 0.08 nm、散乱角は 45° 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（小さい角度）を設定し、波長シフトを記録する。
支配方程式
小角度でのコンプトンシフト — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
θ → 0° では (1 − cos θ) → 0 なので Δλ → 0 となる。方向をほとんど変えない光子はエネルギーをほとんど失わず、これはほぼ乱されない衝突での運動量保存と一致する。
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 が小さくなるとシフトが小さくなることを確認する。
- ほとんど偏向しない光子（小さい θ）が電子へ移す運動量が非常に小さく、したがって失うエネルギーも非常に小さい理由を説明する。その結果、波長シフトも小さくなる。
実験以外での活用
- この実験の入射波長（0.08 nm、compton-90 の 0.05 nm とは異なる）とは違い、任意の角度での波長シフト Δλ は二つの実験で同じになる。コンプトンの式によって、入射光子の波長に依存せずシフトが決まる理由を説明する。
- 非常に小さい角度では、（はるかに大きい）入射波長に対して Δλ を実験的に測定することが難しくなる。コンプトン散乱実験が通常、可視光ではなく短波長の X 線を使う理由を説明する。可視光では、すでに小さいピコメートル規模のシフトはさらに気付きにくい。
- 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
- コンプトン散乱（45°）へようこそ
- コンプトン装置を選択
- 再生
- 角度がエネルギー損失を決める
- 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。