Moderne natuurkunde
Compton-verstrooiing bij 45°
Tussenliggende hoek — de energie van het verstrooide foton daalt matig.
Compton-verstrooiing bij 45° — interactieve Moderne natuurkunde-simulatie. Tussenliggende hoek — de energie van het verstrooide foton daalt matig. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Compton-hoek
Tussenliggende hoek — de energie van het verstrooide foton daalt matig.
Bij tussenliggende hoeken ligt de golflengteverschuiving Δλ = λ_C(1 − cos θ) tussen 0 en 2λ_C. Energie en impuls worden gedeeld tussen het verstrooide foton en het terugstuiterende elektron; geen van beide deeltjes staat na de botsing in rust. Gebruik θ = 45° als brug tussen de grenzen van strijkende verstrooiing en terugverstrooiing.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Energieverschuiving
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Bij kleine verstrooiingshoeken verandert een foton nauwelijks van richting. Wordt ook zijn golflengteverschuiving verwaarloosbaar klein naarmate de hoek naar nul gaat?
Voorspellingen om te wegen
- Ja — als θ → 0°, gaat (1 − cos θ) → 0, dus de golflengteverschuiving verdwijnt voor een foton dat nauwelijks verstrooit.
- De verschuiving blijft ongeveer constant, ook bij kleine hoeken.
- De verschuiving wordt juist groter bij kleine hoeken.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Verstrooiingshoek θ (°)
Wat je meet:
- Golflengteverschuiving Δλ (pm)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling compton-45 en druk op Herstel. De invallende röntgengolflengte is 0.08 nm; de verstrooiingshoek staat vast op 45°.
- Zet de aflezing van de golflengteverschuiving aan.
- Stel voor elke meting de verstrooiingshoek in (kleine hoeken) en noteer de golflengteverschuiving.
Leidende vergelijking
Compton-verschuiving bij kleine hoeken — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Als θ → 0°, gaat (1 − cos θ) → 0, dus Δλ → 0: een foton dat nauwelijks van richting verandert verliest nauwelijks energie, in overeenstemming met impulsbehoud bij een vrijwel onverstoord verlopende botsing.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) uit. Vergelijk met de tabel. Controleer dat de verschuiving krimpt naarmate θ afneemt.
- Leg uit waarom een vrijwel onafgebogen foton (kleine θ) zeer weinig impuls op het elektron overdraagt en dus zeer weinig energie verliest — vandaar de piepkleine golflengteverschuiving.
Waar dit buiten het lab opduikt
- Anders dan de invallende golflengte van dit experiment (0.08 nm, anders dan de 0.05 nm van compton-90) zou de golflengteverschuiving Δλ bij elke gegeven hoek in de twee experimenten identiek zijn. Leg uit waarom de Compton-formule de verschuiving onafhankelijk maakt van de golflengte van het inkomende foton.
- Bij zeer kleine hoeken wordt Δλ experimenteel moeilijk meetbaar tegen de (veel grotere) invallende golflengte. Leg uit waarom Compton-verstrooiingsexperimenten doorgaans kortgolvige röntgenstraling gebruiken in plaats van zichtbaar licht, waar een al piepkleine verschuiving van picometer-orde nog minder zou opvallen.
- 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
- Welkom bij Compton 45
- Selecteer de Compton-opstelling
- Druk op Start
- De hoek bepaalt het energieverlies
- Open het eigenschappenpaneel
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.