Comptonov rozptyl: posun vlnovej dĺžky pri 90°

1 · Predikuj

Röntgenový fotón sa rozptýli na voľnom elektróne. Zmení sa vlnová dĺžka rozptýleného fotónu a ak áno, závisí množstvo posunu na uhle rozptylu?

• 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).

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu Compton 90 a stlač Resetovať. Vlnová dĺžka dopadajúceho röntgenu je 0.05 nm.
2. Zapni odčítanie posunu vlnovej dĺžky.
3. Nastav uhol rozptylu pre každý pokus a zaznamenaj posun vlnovej dĺžky.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj Δλ (os y) verzus (1 − cos θ) (os x) pre svoje tri pokusy. Je priamka rovná cez začiatok?

4 · Analyzuj

1. 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.
2. 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.

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky