Fizyka współczesna

Rozpraszanie Comptona pod 45°

Kąt pośredni — energia rozproszonego fotonu spada umiarkowanie.

Rozpraszanie Comptona pod 45° — interaktywna symulacja: Fizyka współczesna. Kąt pośredni — energia rozproszonego fotonu spada umiarkowanie. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Kąt Comptona

Kąt pośredni — energia rozproszonego fotonu spada umiarkowanie.

Przy kątach pośrednich przesunięcie długości fali Δλ = λ_C(1 − cos θ) leży między 0 a 2λ_C. Energia i pęd są dzielone między rozproszony foton a odrzucony elektron; żadna cząstka nie spoczywa po zderzeniu. Użyj θ = 45° jako mostu między granicami rozproszenia stycznego i wstecznego.

• Δλ = λ_C(1−cos θ)
• Przesunięcie energii

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Przy małych kątach rozpraszania foton ledwo zmienia kierunek. Czy jego przesunięcie długości fali też staje się znikomo małe, gdy kąt dąży do zera?

Prognozy do rozważenia

• Tak — gdy θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, więc przesunięcie długości fali zanika dla fotonu ledwo rozproszonego.
• Przesunięcie pozostaje z grubsza stałe nawet przy małych kątach.
• Przesunięcie wręcz rośnie przy małych kątach.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Kąt rozpraszania θ (°)

Co mierzysz:

• Przesunięcie długości fali Δλ (pm)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset compton-45 i naciśnij Reset. Długość fali padającego promieniowania X to 0.08 nm; kąt rozpraszania jest stały 45°.
2. Włącz odczyt przesunięcia długości fali.
3. Ustaw kąt rozpraszania dla każdej próby (małe kąty) i zapisz przesunięcie długości fali.

Równanie rządzące

Przesunięcie Comptona przy małych kątach — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

Gdy θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, więc Δλ → 0: foton, który ledwo zmienia kierunek, ledwo traci energię, zgodnie z zachowaniem pędu dla zderzenia niemal nienaruszonego.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Porównaj z tabelą. Potwierdź, że przesunięcie kurczy się przy zmniejszaniu θ.
• Wyjaśnij, dlaczego niemal nieodbity foton (małe θ) przekazuje elektronowi bardzo mało pędu i dlatego traci bardzo mało energii — stąd maleńkie przesunięcie długości fali.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• W odróżnieniu od padającej długości fali tego eksperymentu (0.08 nm, innej niż 0.05 nm w compton-90), przesunięcie Δλ przy danym kącie byłoby identyczne w obu eksperymentach. Wyjaśnij, dlaczego wzór Comptona czyni przesunięcie niezależnym od długości fali przychodzącego fotonu.
• Przy bardzo małych kątach Δλ staje się trudny do zmierzenia na tle (dużo większej) padającej długości fali. Wyjaśnij, dlaczego eksperymenty rozpraszania Comptona używają typowo krótkofalowego promieniowania X zamiast światła widzialnego, gdzie i tak maleńkie przesunięcie rzędu pikometra byłoby jeszcze mniej zauważalne.

• 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

1. Witamy w Comptonie 45
2. Zaznacz układ Comptona
3. Naciśnij Play
4. Kąt wyznacza stratę energii
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Rozpraszanie Comptona