Comptonov rozptyl: maximálny posun pri spätnom rozptyle

1 · Predikuj

Fotón, ktorý sa rozptýli priamo dozadu (180°), prenáša najviac možnej hybnosti na elektrón, do ktorého narazí. Dáva tento prípad spätného rozptylu najväčší možný Comptonov posun vlnovej dĺžky?

• Maximálny posun sa deje pri inom uhle.
• Posun je rovnaký pri všetkých uhloch vrátane 180°.
• Áno — spätný rozptyl 180° maximalizuje (1 − cos θ), dávajúc najväčší možný posun vlnovej dĺžky pre akýkoľvek uhol.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu Compton 180 a stlač Resetovať. Vlnová dĺžka dopadajúceho röntgenu je 0.05 nm; uhol rozptylu je pevne 180°.
2. Zapni odčítanie posunu vlnovej dĺžky.
3. Nastav uhol rozptylu pre každý pokus (približujúc sa 180°) a zaznamenaj posun vlnovej dĺžky.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj Δλ (os y) verzus uhol rozptylu θ (os x) pre svoje tri pokusy. Vyzerá, že sa vyrovnáva blízko 180°?

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Porovnaj s tabuľkou. Potvrď, že θ = 180° dáva Δλ = 2h/(m_ec), maximálnu možnú hodnotu.
2. Vysvetli pomocou (1 − cos θ), prečo 180° dáva maximálny posun: cos(180°) = −1, takže (1 − cos θ) dosahuje svoju najväčšiu možnú hodnotu 2 pri tomto uhle.

5 · Rozšír

1. Pri 180° fotón úplne obráti smer, prenášajúc maximálnu možnú hybnosť na elektrón (zachovanie hybnosti). Vysvetli, prečo maximálny prenos hybnosti zodpovedá maximálnej strate energie (a teda maximálnemu nárastu vlnovej dĺžky) fotónu.
2. Pri θ = 0° (žiadny rozptyl vôbec) — čomu by sa rovnalo Δλ? Dáva to fyzikálny zmysel pre fotón, ktorý neinteraguje?

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky