Compton-spredning: bølgelengdeskift ved 90°

1 · Prediker

Et røntgenfoton spres mot et fritt elektron. Endres det spredte fotonets bølgelengde, og hvis ja, avhenger størrelsen av skiftet av spredningsvinkelen?

• 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).

2 · Oppsett

1. Åpne Compton-90-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Det innkommende røntgenfotonets bølgelengde er 0,05 nm.
2. Aktiver bølgelengdeskift-avlesningen.
3. Sett spredningsvinkelen for hvert forsøk og registrer bølgelengdeskiftet.

3 · Samle inn data

Plott Δλ (y-akse) mot (1 − cos θ) (x-akse) for dine tre forsøk. Er linjen rett gjennom origo?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark