Современная физика
Рассеяние Комптона при 90°
Меняйте θ — смотрите, как Δλ = λ_C(1 − cos θ) растёт с углом.
Рассеяние Комптона при 90° — интерактивная симуляция (Современная физика). Меняйте θ — смотрите, как Δλ = λ_C(1 − cos θ) растёт с углом. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Рассеяние Комптона
Меняйте θ — смотрите, как Δλ = λ_C(1 − cos θ) растёт с углом.
Фотон рентгена сталкивается с почти свободным покоящимся электроном. Рассеянный фотон теряет энергию, а его длина волны растёт на Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). При θ = 90° сдвиг равен комптоновской длине волны λ_C ≈ 2.43 пм. Вращайте θ и следите, как пунктирный рассеянный луч и показание Δλ растут с углом — прямое свидетельство того, что фотоны несут импульс.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Импульс фотона
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Рентгеновский фотон рассеивается на свободном электроне. Меняется ли длина волны рассеянного фотона, и если да, зависит ли сдвиг от угла рассеяния?
Прогнозы для взвешивания
- Сдвиг длины волны одинаков при любом угле.
- Да — сдвиг длины волны растёт с углом рассеяния, достигая максимума при 180° (прямо назад).
- Длина волны рассеянного фотона не меняется (как при классическом рассеянии волн).
Роли переменных
Что вы задали:
- Угол рассеяния θ (°)
Что вы измеряете:
- Сдвиг длины волны Δλ (pm)
Как идёт исследование
- Откройте пресет Комптон-90 и нажмите «Сброс». Длина волны падающего рентгена 0.05 nm.
- Включите показание сдвига длины волны.
- Задайте угол рассеяния для каждой пробы и запишите сдвиг длины волны.
Определяющее уравнение
Формула рассеяния Комптона — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Фотон, рассеянный на свободном электроне, уходит на бо́льшую длину волны: Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) — зависит только от угла рассеяния θ. Это прямое свидетельство того, что фотоны несут импульс, как частицы.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ), используя h = 6.626×10⁻³⁴ Дж·с; m_e = 9.109×10⁻³¹ кг; c = 3×10⁸ м/с. Сравните с таблицей.
- Заметьте: Δλ совсем не зависит от падающей длины волны — только от угла. Объясните, почему сдвиг Комптона одинаков и для рентгена 0.05 nm, и для 0.5 nm.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Эксперимент Комптона 1923 года стал историческим доказательством, что свет ведёт себя как частицы (фотоны) с определённым импульсом, а не только как волны — чисто волновая картина вообще не предсказывает сдвига длины волны при рассеянии. Объясните, почему зависящий от длины волны сдвиг было бы невозможно объяснить классически.
- Постоянная h/(m_ec) ≈ 2.43 pm называется комптоновской длиной волны электрона. Объясните, почему она задаёт естественный масштаб того, насколько может сдвинуться длина волны фотона при рассеянии на электроне.
- 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
- Добро пожаловать к Комптону 90°
- Выберите установку Комптона
- Нажмите Play
- Сдвиг длины волны фотона
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →