Moderna fizika
Comptonovo sipanje pri 90°
Spremeni θ — glej, kako Δλ = λ_C(1 − cos θ) raste s kotom.
Comptonovo sipanje pri 90° — interaktivna simulacija Moderna fizika. Spremeni θ — glej, kako Δλ = λ_C(1 − cos θ) raste s kotom. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Comptonovo sipanje
Spremeni θ — glej, kako Δλ = λ_C(1 − cos θ) raste s kotom.
Foton rentgenskega sevanja se zaleti v skoraj prost elektron v mirovanju. Sipani foton izgubi energijo in njegova valovna dolžina se poveča za Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Pri θ = 90° je zamik enak Comptonovi valovni dolžini λ_C ≈ 2.43 pm. Zavrti θ in glej črtkani sipani žarek ter odčitek Δλ rasti s kotom — neposreden dokaz, da fotoni nosijo gibalno količino.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Gibalna količina fotona
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Foton rentgenskega sevanja se sipe od prostega elektrona. Ali se valovna dolžina sipanega fotona spremeni, in če, ali je od zamika odvisna od kota sipanja?
Predvidevanja za pretehtanje
- Zamik valovne dolžine je enak pri vsakem kotu.
- Da — zamik valovne dolžine raste s kotom sipanja in doseže maksimum pri 180° (naravnost nazaj).
- Valovna dolžina sipanega fotona se ne spremeni (kot pri klasičnem valovnem sipanju).
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Kot sipanja θ (°)
Kaj izmeriš:
- Zamik valovne dolžine Δλ (pm)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev compton-90 in pritisni Ponastavi. Vpadna valovna dolžina rentgenskih žarkov je 0,05 nm.
- Omogoči odčitek zamika valovne dolžine.
- Nastavi kot sipanja za vsak poskus in zabeleži zamik valovne dolžine.
Vodilna enačba
Formula Comptonovega sipanja — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Foton, ki se sipe od prostega elektrona, se premakne na daljšo valovno dolžino za Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), odvisno samo od kota sipanja θ — neposreden dokaz, da fotoni nosijo gibalno količino kot delci.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj 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. Primerjaj s tabelo.
- Opazi, da Δλ ni odvisna od vpadne valovne dolžine nič — samo od kota. Razloži, zakaj je Comptonov zamik enak, ali je prihajajoči rentgenski žarek 0,05 nm ali 0,5 nm.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Comptonov poskus iz leta 1923 je bil zgodovinski dokaz, da se svetloba obnaša kot delci (fotoni) z določeno gibalno količino, ne samo valovi — čisto valovna slika ne napoveduje nobenega zamika valovne dolžine pri sipanju. Razloži, zakaj bi bil zamik, ODVISEN od valovne dolžine, nemogoč razložiti klasično.
- Konstanta h/(m_ec) ≈ 2.43 pm se imenuje Comptonova valovna dolžina elektrona. Razloži, zakaj ta določa naravno velikostno lestvico, za koliko se lahko valovna dolžina fotona premakne pri sipanju od elektrona.
- 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
- Dobrodošli pri Comptonu 90
- Izberi Comptonovo postavitev
- Pritisni Predvajaj
- Zamik valovne dolžine fotona
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →