Moderne natuurkunde
Compton-verstrooiing bij 90°
Verander θ — kijk hoe Δλ = λ_C(1 − cos θ) met de hoek groeit.
Compton-verstrooiing bij 90° — interactieve Moderne natuurkunde-simulatie. Verander θ — kijk hoe Δλ = λ_C(1 − cos θ) met de hoek groeit. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Compton-verstrooiing
Verander θ — zie Δλ = λ_C(1 − cos θ) met de hoek meegroeien.
Een röntgenfoton botst met een vrijwel vrij elektron in rust. Het verstrooide foton verliest energie en zijn golflengte neemt toe met Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Bij θ = 90° is de verschuiving gelijk aan de Compton-golflengte λ_C ≈ 2.43 pm. Draai θ en zie de gestippelde verstrooide straal en de Δλ-aflezing met de hoek meegroeien — rechtstreeks bewijs dat fotonen impuls dragen.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Fotonimpuls
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
Een röntgenfoton verstrooit aan een vrij elektron. Verandert de golflengte van het verstrooide foton, en zo ja, hangt de grootte van de verschuiving af van de verstrooiingshoek?
Voorspellingen om te wegen
- De golflengteverschuiving is bij elke hoek gelijk.
- Ja — de golflengteverschuiving groeit met de verstrooiingshoek en bereikt zijn maximum bij 180° (recht terug).
- De golflengte van het verstrooide foton verandert niet (zoals bij klassieke golfverstrooiing).
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Verstrooiingshoek θ (°)
Wat je meet:
- Golflengteverschuiving Δλ (pm)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling compton-90 en druk op Herstel. De invallende röntgengolflengte is 0.05 nm.
- Zet de aflezing van de golflengteverschuiving aan.
- Stel voor elke meting de verstrooiingshoek in en noteer de golflengteverschuiving.
Leidende vergelijking
Compton-verstrooiingsformule — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Een foton dat aan een vrij elektron verstrooit verschuift naar een langere golflengte met Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), alleen afhankelijk van de verstrooiingshoek θ — rechtstreeks bewijs dat fotonen impuls dragen zoals deeltjes.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) uit met h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Vergelijk met de tabel.
- Merk op dat Δλ helemaal niet afhangt van de invallende golflengte — alleen van de hoek. Leg uit waarom de Compton-verschuiving hetzelfde is of de inkomende röntgenstraling nu 0.05 nm of 0.5 nm is.
Waar dit buiten het lab opduikt
- Comptons experiment van 1923 was historisch bewijs dat licht zich gedraagt als deeltjes (fotonen) met een bepaalde impuls, niet alleen als golven — een puur golfbeeld voorspelt helemaal geen golflengteverschuiving bij verstrooiing. Leg uit waarom een golflengte-afhankelijke verschuiving klassiek onmogelijk te verklaren zou zijn geweest.
- De constante h/(m_ec) ≈ 2.43 pm heet de Compton-golflengte van het elektron. Leg uit waarom dit de natuurlijke grootte-orde bepaalt voor hoeveel de golflengte van een foton kan verschuiven bij verstrooiing aan een 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
- Welkom bij Compton 90
- Selecteer de Compton-opstelling
- Druk op Start
- Golflengteverschuiving van het foton
- 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.