Compton-spredning: maksimalt skift ved bakspredning

1 · Prediker

Et foton som spres rett bakover (180°) overfører mest mulig bevegelsesmengde til elektronet det treffer. Gir dette bakspredningstilfellet det største mulige Compton-bølgelengdeskiftet?

• Det maksimale skiftet skjer ved en annen vinkel.
• Skiftet er det samme ved alle vinkler, inkludert 180°.
• Ja — 180° bakspredning maksimerer (1 − cos θ) og gir det største mulige bølgelengdeskiftet for noen vinkel.

2 · Oppsett

1. Åpne Compton-180-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Det innkommende røntgenfotonets bølgelengde er 0,05 nm; spredningsvinkelen er fast ved 180°.
2. Aktiver bølgelengdeskift-avlesningen.
3. Sett spredningsvinkelen for hvert forsøk (mot 180°) og registrer bølgelengdeskiftet.

3 · Samle inn data

Plott Δλ (y-akse) mot spredningsvinkel θ (x-akse) for dine tre forsøk. Ser det ut til å flate ut nær 180°?

4 · Analyser

1. For ett forsøk, beregn Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Sammenlign med tabellen. Bekreft at θ = 180° gir Δλ = 2h/(m_ec), den maksimalt mulige verdien.
2. Forklar, med (1 − cos θ), hvorfor 180° gir maksimalt skift: cos(180°) = −1, så (1 − cos θ) når sin størst mulige verdi på 2 ved den vinkelen.

5 · Utvid

1. Ved 180° snur fotonet retning fullstendig og overfører maksimal mulig bevegelsesmengde til elektronet (bevarelse av bevegelsesmengde). Forklar hvorfor maksimal overføring av bevegelsesmengde tilsvarer maksimalt energitap (og dermed maksimal bølgelengdeøkning) for fotonet.
2. Ved θ = 0° (ingen spredning i det hele tatt), hva ville Δλ tilsvare? Gir det fysisk mening for et foton som ikke interagerer?

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark