Modern fysik
Comptonspridning vid 45°
Mellanvinkel — den spridda fotonens energi sjunker måttligt.
Comptonspridning vid 45° — interaktiv Modern fysik-simulering. Mellanvinkel — den spridda fotonens energi sjunker måttligt. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Comptonvinkel
Mellanliggande vinkel — den spridda fotonens energi sjunker måttligt.
Vid mellanliggande vinklar ligger våglängdsförskjutningen Δλ = λ_C(1 − cos θ) mellan 0 och 2λ_C. Energi och rörelsemängd delas mellan den spridda fotonen och den återstudsande elektronen; ingen av partiklarna är i vila efter kollisionen. Använd θ = 45° som en brygga mellan gränserna strejknära vinkel och bakåtspridning.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Energiförskjutning
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
Vid små spridningsvinklar ändrar en foton knappast riktning. Blir också dess våglängdsförskjutning försvinnande liten när vinkeln närmar sig noll?
Förutsägelser att väga
- Ja — när θ → 0° går (1 − cos θ) → 0, så våglängdsförskjutningen försvinner för en foton som knappast sprids.
- Förskjutningen förblir ungefär konstant även vid små vinklar.
- Förskjutningen växer faktiskt större vid små vinklar.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Spridningsvinkel θ (°)
Det du mäter:
- Våglängdsförskjutning Δλ (pm)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Compton 45 och tryck på Återställ. Den inkommande röntgenvåglängden är 0.08 nm; spridningsvinkeln är fast på 45°.
- Aktivera avläsningen av våglängdsförskjutningen.
- Ställ in spridningsvinkeln för varje försök (små vinklar) och notera våglängdsförskjutningen.
Styrande ekvation
Comptonförskjutning vid små vinklar — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
När θ → 0° går (1 − cos θ) → 0, så Δλ → 0: en foton som knappt ändrar riktning förlorar knappt energi, i överensstämmelse med rörelsemängdens bevarande för en nästan ostörd kollision.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Jämför med tabellen. Bekräfta att förskjutningen krymper när θ minskar.
- Förklara varför en knappt avlänkad foton (liten θ) överför mycket lite rörelsemängd till elektronen och därmed förlorar mycket lite energi — därav den pyttesmå våglängdsförskjutningen.
Var det här syns utanför labbet
- Till skillnad från detta experiments inkommande våglängd (0.08 nm, till skillnad från compton-90:s 0.05 nm), skulle våglängdsförskjutningen Δλ vid varje given vinkel vara identisk mellan de två experimenten. Förklara varför Comptonformeln gör förskjutningen oberoende av den inkommande fotonens våglängd.
- Vid mycket små vinklar blir Δλ svår att mäta experimentellt mot den (mycket större) inkommande våglängden. Förklara varför Comptonspridningsexperiment vanligen använder kortvågig röntgen i stället för synligt ljus, där en redan liten förskjutning på pikometerskala skulle vara ännu svårare att upptäcka.
- 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
- Välkommen till Compton 45
- Välj Compton-uppställningen
- Tryck på Spela
- Vinkeln styr energiförlusten
- Öppna panelen Egenskaper
- Du klarade det!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.