現代物理
90° コンプトン散乱
θ を変える — Δλ = λ_C(1 − cos θ) が角度とともに増大する様子を観察します。
90° 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。θ を変える — Δλ = λ_C(1 − cos θ) が角度とともに増大する様子を観察します。 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。
コンプトン散乱
θ を変えて — Δλ = λ_C(1 − cos θ) が角度とともに増えるのを観察してください。
θ を変えて — Δλ = λ_C(1 − cos θ) が角度とともに増えるのを観察してください。
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- 光子の運動量
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
X 線光子が自由電子に散乱される。散乱光子の波長は変化するか？変化するなら、シフト量は散乱角に依存するか？
検討する予測
- 波長シフトはどの角度でも同じである。
- はい — 波長シフトは散乱角とともに増加し、180°（真後ろ）で最大になる。
- 散乱光子の波長は変化しない（古典的な波の散乱と同じ）。
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-90 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 である。
- 波長シフトの表示を有効にする。
- 各試行の散乱角を設定し、波長シフトを記録する。
支配方程式
コンプトン散乱の式 — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
自由電子に散乱された光子は、Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) により長い波長へ移る。シフトは散乱角 θ だけに依存し、光子が粒子のように運動量をもつ直接的な証拠である。
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、h = 6.626×10⁻³⁴ J·s、m_e = 9.109×10⁻³¹ kg、c = 3×10⁸ m/s を用いて Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) を計算する。表と比較する。
- Δλ は入射波長にまったく依存せず、角度だけに依存することに注目する。入射 X 線が 0.05 nm でも 0.5 nm でもコンプトンシフトが同じ理由を説明する。
実験以外での活用
- コンプトンの 1923 年の実験は、光が単なる波ではなく、明確な運動量をもつ粒子（光子）として振る舞うことを示す歴史的な証拠だった。純粋な波の描像では散乱時の波長シフトはまったく予測されない。波長に依存するシフトが古典的に説明できなかった理由を説明する。
- 定数 h/(m_ec) ≈ 2.43 pm は電子のコンプトン波長と呼ばれる。電子に散乱されるとき、光子の波長がどれほど変化し得るかの自然な大きさの尺度をこれが定める理由を説明する。
- 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（90°）へようこそ
- コンプトン装置を選択
- 再生
- 光子の波長シフト
- 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。