Modernioji fizika
Komptono sklaida ties 90°
Keisk θ — žiūrėk, kaip Δλ = λ_C(1 − cos θ) auga didėjant kampui.
Komptono sklaida ties 90° — interaktyvi Modernioji fizika simuliacija. Keisk θ — žiūrėk, kaip Δλ = λ_C(1 − cos θ) auga didėjant kampui. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Komptono sklaida
Keisk θ — žiūrėk, kaip Δλ = λ_C(1 − cos θ) auga su kampu.
Rentgeno fotonas susiduria su beveik laisvu ramybės elektronu. Išsklaidytas fotonas praranda energiją, o jo bangos ilgis pailgėja Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Esant θ = 90° poslinkis lygus Komptono bangos ilgiui λ_C ≈ 2.43 pm. Sūk θ ir žiūrėk, kaip punktyrinis išsklaidytas spindulys ir Δλ rodmuo auga su kampu — tiesioginis įrodymas, kad fotonai neša judesio kiekį.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Fotono judesio kiekis
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Rentgeno fotonas sklaidžiasi nuo laisvo elektrono. Ar išsklaidyto fotono bangos ilgis keičiasi ir, jei taip, ar poslinkio kiekis priklauso nuo sklaidos kampo?
Svarstytini spėjimai
- Bangos ilgio poslinkis toks pat kiekviename kampe.
- Taip — bangos ilgio poslinkis auga su sklaidos kampu, pasiekdamas maksimumą ties 180° (tiesiai atgal).
- Išsklaidyto fotono bangos ilgis nesikeičia (kaip klasikinė bangų sklaida).
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Sklaidos kampas θ (°)
Ką tu matauji:
- Bangos ilgio poslinkis Δλ (pm)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Komptono sklaida ties 90°“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Krentančio rentgeno bangos ilgis yra 0.05 nm.
- Įjunk bangos ilgio poslinkio rodmuo.
- Nustatyk sklaidos kampą kiekvienam bandymui ir užsirašyk bangos ilgio poslinkį.
Valdančioji lygtis
Komptono sklaidos formulė — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Fotonas, sklaidantis nuo laisvo elektrono, pasislenka į ilgesnį bangos ilgį Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), priklausomai tik nuo sklaidos kampo θ — tiesioginis įrodymas, kad fotonai neša judesio kiekį kaip dalelės.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) naudodamas h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Palygink su lentele.
- Pastebėk, kad Δλ visai nepriklauso nuo krentančio bangos ilgio — tik nuo kampo. Paaiškink, kodėl Komptono poslinkis toks pats, ar įeinantis rentgenas būtų 0.05 nm, ar 0.5 nm.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Komptono 1923 m. eksperimentas buvo istorinis įrodymas, kad šviesa elgiasi kaip dalelės (fotonai) su apibrėžtu judesio kiekiu, o ne tik kaip bangos — grynas banginis vaizdas prognozuoja jokio bangos ilgio poslinkio sklaidoje. Paaiškink, kodėl nuo bangos ilgio priklausantis poslinkis būtų buvęs neįmanomas paaiškinti klasikiškai.
- Konstanta h/(m_ec) ≈ 2.43 pm vadinama elektrono Komptono bangos ilgiu. Paaiškink, kodėl ji nustato natūralų dydžio mastelį tam, kiek fotono bangos ilgis gali pasislinkti sklaidydamasis nuo elektrono.
- 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
- Sveiki atvykę prie Komptono 90
- Pasirink Komptono įrenginį
- Spausk Leisti
- Fotono bangos ilgio poslinkis
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →