Modern fysik
Comptonspridning vid 90°
Ändra θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) växa med vinkeln.
Comptonspridning vid 90° — interaktiv Modern fysik-simulering. Ändra θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) växa med vinkeln. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
comptonspridning
Ändra θ — se Δλ = λ_C(1 − cos θ) växa med vinkeln.
En röntgenfoton kolliderar med en nästan fri elektron i vila. Den spridda fotonen förlorar energi och dess våglängd ökar med Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Vid θ = 90° är förskjutningen lika med Comptonvåglängden λ_C ≈ 2.43 pm. Vrid θ och se den streckade spridda strålen och Δλ-avläsningen växa med vinkeln — ett direkt bevis på att fotoner bär rörelsemängd.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Fotonens rörelsemängd
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
En röntgenfoton sprids mot en fri elektron. Ändras den spridda fotonens våglängd, och i så fall, beror förskjutningens storlek av spridningsvinkeln?
Förutsägelser att väga
- Våglängdsförskjutningen är densamma vid varje vinkel.
- Ja — våglängdsförskjutningen växer med spridningsvinkeln och når sitt maximum vid 180° (rakt bakåt).
- Den spridda fotonens våglängd ändras inte (som vid klassisk vågspridning).
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Spridningsvinkel θ (°)
Det du mäter:
- Våglängdsförskjutning Δλ (pm)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Compton 90 och tryck på Återställ. Den inkommande röntgenvåglängden är 0.05 nm.
- Aktivera avläsningen av våglängdsförskjutningen.
- Ställ in spridningsvinkeln för varje försök och notera våglängdsförskjutningen.
Styrande ekvation
Comptonspridningsformel — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
En foton som sprids mot en fri elektron förskjuts till en längre våglängd med Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), som bara beror av spridningsvinkeln θ — ett direkt bevis på att fotoner bär rörelsemängd som partiklar.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) med h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Jämför med tabellen.
- Lägg märke till att Δλ inte alls beror av den inkommande våglängden — bara av vinkeln. Förklara varför Comptonförskjutningen är densamma oavsett om den inkommande röntgen är 0.05 nm eller 0.5 nm.
Var det här syns utanför labbet
- Comptons experiment 1923 var ett historiskt bevis på att ljus uppför sig som partiklar (fotoner) med bestämd rörelsemängd, inte bara vågor — en rent vågbaserad bild förutsäger ingen våglängdsförskjutning alls vid spridning. Förklara varför en våglängdsBEROENDE förskjutning skulle ha varit omöjlig att förklara klassiskt.
- Konstanten h/(m_ec) ≈ 2.43 pm kallas elektronens Comptonvåglängd. Förklara varför den sätter den naturliga storleksskalan för hur mycket en fotons våglängd kan förskjutas vid spridning mot en elektron.
- 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 90
- Välj Compton-uppställningen
- Tryck på Spela
- Fotonens våglängdsförskjutning
- 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.