Comptonov rozptyl: porovnanie pri plytkom uhle

1 · Predikuj

Pri malých uhloch rozptylu fotón sotva zmení smer. Stáva sa jeho posun vlnovej dĺžky tiež zanedbateľne malým, keď uhol sa blíži nule?

• 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.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu Compton 45 a stlač Resetovať. Vlnová dĺžka dopadajúceho röntgenu je 0.08 nm; uhol rozptylu je pevne 45°.
2. Zapni odčítanie posunu vlnovej dĺžky.
3. Nastav uhol rozptylu pre každý pokus (malé uhly) a zaznamenaj posun vlnovej dĺžky.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj Δλ (os y) verzus uhol rozptylu θ (os x) pre svoje tri pokusy.

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Porovnaj s tabuľkou. Potvrď, že posun sa zmenšuje, keď θ klesá.
2. Vysvetli, prečo takmer neodchýlený fotón (malé θ) prenáša veľmi málo hybnosti na elektrón, a teda stráca veľmi málo energie — odtiaľ drobný posun vlnovej dĺžky.

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky