Fizyka współczesna
Rozpraszanie Comptona pod 90°
Zmieniaj θ — obserwuj, jak Δλ = λ_C(1 − cos θ) rośnie z kątem.
Rozpraszanie Comptona pod 90° — interaktywna symulacja: Fizyka współczesna. Zmieniaj θ — obserwuj, jak Δλ = λ_C(1 − cos θ) rośnie z kątem. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Rozpraszanie Comptona
Zmieniaj θ — obserwuj, jak Δλ = λ_C(1 − cos θ) rośnie z kątem.
Foton rentgenowski zderza się z niemal swobodnym elektronem w spoczynku. Rozproszony foton traci energię, a jego długość fali rośnie o Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Przy θ = 90° przesunięcie równa się długości fali Comptona λ_C ≈ 2.43 pm. Obracaj θ i patrz, jak kreskowany promień rozproszony i odczyt Δλ rosną z kątem — bezpośredni dowód, że fotony niosą pęd.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Pęd fotonu
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
Foton promieniowania X rozprasza się na wolnym elektronie. Czy długość fali rozproszonego fotonu się zmienia, a jeśli tak, czy wielkość przesunięcia zależy od kąta rozpraszania?
Prognozy do rozważenia
- Przesunięcie długości fali jest takie samo przy każdym kącie.
- Tak — przesunięcie długości fali rośnie z kątem rozpraszania, osiągając maksimum przy 180° (dokładnie wstecz).
- Długość fali rozproszonego fotonu nie zmienia się (jak w klasycznym rozpraszaniu falowym).
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Kąt rozpraszania θ (°)
Co mierzysz:
- Przesunięcie długości fali Δλ (pm)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset compton-90 i naciśnij Reset. Długość fali padającego promieniowania X to 0.05 nm.
- Włącz odczyt przesunięcia długości fali.
- Ustaw kąt rozpraszania dla każdej próby i zapisz przesunięcie długości fali.
Równanie rządzące
Wzór rozpraszania Comptona — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Foton rozproszony na swobodnym elektronie przesuwa się ku dłuższej fali o Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) — zależnie wyłącznie od kąta rozproszenia θ. To bezpośredni dowód, że fotony niosą pęd jak cząstki.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ), używając h = 6.626×10⁻³⁴ J·s; m_e = 9.109×10⁻³¹ kg; c = 3×10⁸ m/s. Porównaj z tabelą.
- Zauważ, że Δλ w ogóle nie zależy od padającej długości fali — tylko od kąta. Wyjaśnij, dlaczego przesunięcie Comptona jest takie samo, czy przychodzące promieniowanie X ma 0.05 nm, czy 0.5 nm.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Eksperyment Comptona z 1923 roku był historycznym dowodem, że światło zachowuje się jak cząstki (fotony) o określonym pędzie, nie tylko jak fale — czysto falowy obraz nie przewiduje żadnego przesunięcia długości fali w rozpraszaniu. Wyjaśnij, dlaczego przesunięcie ZALEŻNE od długości fali byłoby niemożliwe do wyjaśnienia klasycznie.
- Stała h/(m_ec) ≈ 2.43 pm nazywa się długością fali Comptona elektronu. Wyjaśnij, dlaczego wyznacza ona naturalną skalę wielkości przesunięcia długości fali fotonu przy rozpraszaniu na elektronie.
- 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
- Witamy w Comptonie 90
- Zaznacz układ Comptona
- Naciśnij Play
- Przesunięcie długości fali fotonu
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →