Moderne fysikk
Compton-spredning ved 90°
Endre θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) vokse med vinkelen.
Compton-spredning ved 90° — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Endre θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) vokse med vinkelen. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Compton-spredning
Endre θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) vokse med vinkelen.
Et røntgenfoton kolliderer med et nesten fritt elektron i hvile. Det spredte fotonet mister energi, og bølgelengden øker med Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Ved θ = 90° er skiftet lik Compton-bølgelengden λ_C ≈ 2,43 pm. Roter θ og se den stiplede spredte strålen og Δλ-avlesningen vokse med vinkelen — direkte bevis på at fotoner bærer bevegelsesmengde.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Fotonbevegelsesmengde
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
Et røntgenfoton spres mot et fritt elektron. Endres det spredte fotonets bølgelengde, og hvis ja, avhenger størrelsen av skiftet av spredningsvinkelen?
Prediksjoner å veie
- Bølgelengdeskiftet er det samme ved hver vinkel.
- Ja — bølgelengdeskiftet vokser med spredningsvinkelen og når sitt maksimum ved 180° (rett bakover).
- Det spredte fotonets bølgelengde endrer seg ikke (som klassisk bølgespredning).
Variabelroller
Hva du setter:
- Spredningsvinkel θ (°)
Hva du måler:
- Bølgelengdeskift Δλ (pm)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Compton-90-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Det innkommende røntgenfotonets bølgelengde er 0,05 nm.
- Aktiver bølgelengdeskift-avlesningen.
- Sett spredningsvinkelen for hvert forsøk og registrer bølgelengdeskiftet.
Styrende likning
Compton-spredningsformelen — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Et foton som spres mot et fritt elektron skifter til en lengre bølgelengde med Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), avhengig bare av spredningsvinkelen θ — direkte bevis på at fotoner bærer bevegelsesmengde som partikler.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) med h = 6,626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9,109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Sammenlign med tabellen.
- Legg merke til at Δλ ikke avhenger av den innkommende bølgelengden i det hele tatt — bare av vinkelen. Forklar hvorfor Compton-skiftet er det samme uansett om det innkommende røntgenet er 0,05 nm eller 0,5 nm.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Comptons eksperiment fra 1923 var historisk bevis på at lys oppfører seg som partikler (fotoner) med bestemt bevegelsesmengde, ikke bare bølger — et rent bølgebilde forutsier ingen bølgelengdeskift i det hele tatt ved spredning. Forklar hvorfor et bølgelengde-AVHENGIG skift ville vært umulig å forklare klassisk.
- Konstanten h/(m_ec) ≈ 2,43 pm kalles elektronets Compton-bølgelengde. Forklar hvorfor dette setter den naturlige størrelsesskalaen for hvor mye et fotonens bølgelengde kan skifte ved spredning mot et elektron.
- 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 90
- Velg Compton-oppsettet
- Trykk Spill av
- Fotonbølgelengdeskift
- 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.