Moderná fyzika
Comptonov rozptyl pri 90°
Men θ — sleduj, ako Δλ = λ_C(1 − cos θ) rastie s uhlom.
Comptonov rozptyl pri 90° — interaktívna simulácia Moderná fyzika. Men θ — sleduj, ako Δλ = λ_C(1 − cos θ) rastie s uhlom. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Comptonov rozptyl
Meň θ — sleduj, ako Δλ = λ_C(1 − cos θ) rastie s uhlom.
Röntgenový fotón sa zrazí s takmer voľným elektrónom v pokoji. Rozptýlený fotón stráca energiu a jeho vlnová dĺžka sa zväčší o Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Pri θ = 90° sa posun rovná Comptonovej vlnovej dĺžke λ_C ≈ 2.43 pm. Otáčaj θ a sleduj, ako čiarkovaný rozptýlený lúč a odčítanie Δλ rastú s uhlom — priamy dôkaz, že fotóny nesú hybnosť.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Hybnosť fotónu
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
Röntgenový fotón sa rozptýli na voľnom elektróne. Zmení sa vlnová dĺžka rozptýleného fotónu a ak áno, závisí množstvo posunu na uhle rozptylu?
Predikcie na zváženie
- Posun vlnovej dĺžky je rovnaký pri každom uhle.
- Áno — posun vlnovej dĺžky rastie s uhlom rozptylu, dosahujúc maximum pri 180° (priamo dozadu).
- Vlnová dĺžka rozptýleného fotónu sa nezmení (ako pri klasickom vlnovom rozptyle).
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Uhol rozptylu θ (°)
Čo meriaš:
- Posun vlnovej dĺžky Δλ (pm)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu Compton 90 a stlač Resetovať. Vlnová dĺžka dopadajúceho röntgenu je 0.05 nm.
- Zapni odčítanie posunu vlnovej dĺžky.
- Nastav uhol rozptylu pre každý pokus a zaznamenaj posun vlnovej dĺžky.
Riadiaca rovnica
Vzorec Comptonovho rozptylu — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Fotón rozptýlený na voľnom elektróne sa posúva na dlhšiu vlnovú dĺžku o Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), závisiac len na uhle rozptylu θ — priamy dôkaz, že fotóny nesú hybnosť ako častice.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) s h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Porovnaj s tabuľkou.
- Všimni si, že Δλ vôbec nezávisí na dopadajúcej vlnovej dĺžke — len na uhle. Vysvetli, prečo Comptonov posun je rovnaký, či prichádzajúci röntgen je 0.05 nm alebo 0.5 nm.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Comptonov experiment z 1923 bol historický dôkaz, že svetlo sa správa ako častice (fotóny) s určitou hybnosťou, nie len vlny — čisto vlnová predstava predikuje žiadny posun vlnovej dĺžky pri rozptyle. Vysvetli, prečo posun vlnovej dĺžky ZÁVISLÝ na uhle by bolo nemožné vysvetliť klasicky.
- Konštanta h/(m_ec) ≈ 2.43 pm sa volá Comptonova vlnová dĺžka elektrónu. Vysvetli, prečo táto určuje prirodzené merítko veľkosti, o koľko sa môže vlnová dĺžka fotónu posunúť pri rozptyle na elektróne.
- 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 90
- Vyber Comptonovu aparatúru
- Stlač Prehrať
- Posun vlnovej dĺžky fotónu
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →