Rozpraszanie Comptona: porównanie pod małym kątem

1 · Prognoza

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

• 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.

2 · Przygotowanie

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.

3 · Zbieranie danych

Narysuj Δλ (oś y) względem kąta rozpraszania θ (oś x) dla trzech prób.

4 · Analiza

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

5 · Rozszerzenie

1. 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.
2. 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.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu