Moderná fyzika
Comptonov rozptyl pri 45°
Stredný uhol — energia rozptýleného fotónu klesá mierne.
Comptonov rozptyl pri 45° — interaktívna simulácia Moderná fyzika. Stredný uhol — energia rozptýleného fotónu klesá mierne. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Comptonov uhol
Stredný uhol — energia rozptýleného fotónu klesne mierne.
Pri stredných uhloch leží posun vlnovej dĺžky Δλ = λ_C(1 − cos θ) medzi 0 a 2λ_C. Energia a hybnosť sa delia medzi rozptýlený fotón a ustupujúci elektrón; žiadna častica nie je po zrážke v pokoji. Použi θ = 45° ako most medzi limitmi škuľavého dopadu a spätného rozptylu.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Posun energie
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Pri malých uhloch rozptylu fotón sotva zmení smer. Stáva sa jeho posun vlnovej dĺžky tiež zanedbateľne malým, keď uhol sa blíži nule?
Predikcie na zváženie
- Áno — keď θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, takže posun vlnovej dĺžky mizne pre fotón, ktorý sa sotva rozptyľuje.
- Posun zostáva zhruba konštantný aj pri malých uhloch.
- Posun v skutočnosti rastie pri malých uhloch.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Uhol rozptylu θ (°)
Čo meriaš:
- Posun vlnovej dĺžky Δλ (pm)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu Compton 45 a stlač Resetovať. Vlnová dĺžka dopadajúceho röntgenu je 0.08 nm; uhol rozptylu je pevne 45°.
- Zapni odčítanie posunu vlnovej dĺžky.
- Nastav uhol rozptylu pre každý pokus (malé uhly) a zaznamenaj posun vlnovej dĺžky.
Riadiaca rovnica
Comptonov posun pri malých uhloch — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Keď θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, takže Δλ → 0: fotón, ktorý sotva zmení smer, sotva stratí energiu, v súlade so zachovaním hybnosti pre takmer nerušenú zrážku.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Porovnaj s tabuľkou. Potvrď, že posun sa zmenšuje, keď θ klesá.
- Vysvetli, prečo takmer neodchýlený fotón (malé θ) prenáša veľmi málo hybnosti na elektrón, a teda stráca veľmi málo energie — odtiaľ drobný posun vlnovej dĺžky.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Na rozdiel od dopadajúcej vlnovej dĺžky tohto experimentu (0.08 nm, odlišná od 0.05 nm experimentu Compton 90), posun vlnovej dĺžky Δλ pri akomkoľvek danom uhle by bol identický medzi dvoma experimentmi. Vysvetli, prečo Comptonov vzorec robí posun nezávislým na vlnovej dĺžke prichádzajúceho fotónu.
- Pri veľmi malých uhloch sa Δλ stáva ťažko merateľným experimentálne voči (omnoho väčšej) dopadajúcej vlnovej dĺžke. Vysvetli, prečo Comptonove rozptylové experimenty zvyčajne používajú röntgen s krátkou vlnovou dĺžkou namiesto viditeľného svetla, kde už aj tak drobný pikometrový posun by bol ešte menej badateľný.
- 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
- Vitaj pri Comptonovi 45
- Vyber Comptonovu aparatúru
- Stlač Prehrať
- Uhol určuje stratu energie
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →