Moderne fysikk
Compton-spredning ved 45°
Mellomliggende vinkel — den spredte fotonenergien synker moderat.
Compton-spredning ved 45° — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Mellomliggende vinkel — den spredte fotonenergien synker moderat. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Compton-vinkel
Mellomliggende vinkel — den spredte fotonenergien synker moderat.
Ved mellomliggende vinkler ligger bølgelengdeskiftet Δλ = λ_C(1 − cos θ) mellom 0 og 2λ_C. Energi og bevegelsesmengde deles mellom det spredte fotonet og det tilbaketurnende elektronet; ingen av partiklene er i hvile etter kollisjonen. Bruk θ = 45° som en bro mellom gnidnings- og bakspredningsgrensene.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Energiskift
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
Ved små spredningsvinkler endrer et foton knapt retning. Blir også bølgelengdeskiftet nesten null etter hvert som vinkelen nærmer seg null?
Prediksjoner å veie
- Ja — når θ → 0°, går (1 − cos θ) → 0, så bølgelengdeskiftet forsvinner for et foton som knapt spres.
- Skiftet forblir omtrent konstant selv ved små vinkler.
- Skiftet vokser faktisk større ved små vinkler.
Variabelroller
Hva du setter:
- Spredningsvinkel θ (°)
Hva du måler:
- Bølgelengdeskift Δλ (pm)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Compton-45-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Det innkommende røntgenfotonets bølgelengde er 0,08 nm; spredningsvinkelen er fast ved 45°.
- Aktiver bølgelengdeskift-avlesningen.
- Sett spredningsvinkelen for hvert forsøk (små vinkler) og registrer bølgelengdeskiftet.
Styrende likning
Compton-skift ved små vinkler — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Når θ → 0°, går (1 − cos θ) → 0, så Δλ → 0: et foton som knapt endrer retning knapt mister energi, konsistent med bevarelse av bevegelsesmengde for en nesten uforstyrret kollisjon.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Sammenlign med tabellen. Bekreft at skiftet krymper etter hvert som θ synker.
- Forklar hvorfor et nesten uavbøyd foton (liten θ) overfører svært lite bevegelsesmengde til elektronet, og derfor mister svært lite energi — dermed det bittesmå bølgelengdeskiftet.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- I motsetning til dette eksperimentets innkommende bølgelengde (0,08 nm, forskjellig fra Compton-90s 0,05 nm), ville bølgelengdeSKIFTET Δλ ved en gitt vinkel være identisk mellom de to eksperimentene. Forklar hvorfor Compton-formelen gjør skiftet uavhengig av det innkommende fotonets bølgelengde.
- Ved svært små vinkler blir Δλ vanskelig å måle eksperimentelt mot den (mye større) innkommende bølgelengden. Forklar hvorfor Compton-spredningseksperimenter vanligvis bruker kortbølget røntgen i stedet for synlig lys, der et allerede bittesmå pikometerskala-skift ville vært enda mindre merkbart.
- 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
- Velkommen til Compton 45
- Velg Compton-oppsettet
- Trykk Spill av
- Vinkelen setter energitapet
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.