Compton-verstrooiing: golflengteverschuiving bij 90°

1 · Voorspel

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?

• 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).

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling compton-90 en druk op Herstel. De invallende röntgengolflengte is 0.05 nm.
2. Zet de aflezing van de golflengteverschuiving aan.
3. Stel voor elke meting de verstrooiingshoek in en noteer de golflengteverschuiving.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen Δλ (y-as) uit tegen (1 − cos θ) (x-as). Is de lijn recht en door de oorsprong?

4 · Analyseer

1. 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.
2. 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.

5 · Verdiep

1. 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.
2. 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.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde