ฟิสิกส์ยุคใหม่

การกระเจิงคอมป์ตันที่ 45°

มุมกลาง — พลังงานโฟตอนกระเจิงลดปานกลาง

การกระเจิงคอมป์ตันที่ 45° — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ มุมกลาง — พลังงานโฟตอนกระเจิงลดปานกลาง ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

มุมคอมป์ตัน

มุมระดับกลาง — พลังงานโฟตอนที่กระเจิงลดลงพอประมาณ

ที่มุมกลางๆ การเลื่อนความยาวคลื่น Δλ = λ_C(1 − cos θ) มีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 2λ_C พลังงานและโมเมนตัมถูกแบ่งกันระหว่างโฟตอนที่กระเจิงและอิเล็กตรอนที่สะท้อนกลับ ไม่มีอนุภาคใดอยู่นิ่งหลังการชน ใช้ θ = 45° เป็นจุดเชื่อมระหว่างขีดจำกัดมุมเฉียดกับการกระเจิงกลับ

• Δλ = λ_C(1−cos θ)
• การเลื่อนพลังงาน

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

ที่มุมกระเจิงเล็ก โฟตอนแทบไม่เปลี่ยนทิศทาง ระยะเลื่อนความยาวคลื่นของมันจะเล็กลงจนหายไปเมื่อมุมเข้าใกล้ศูนย์หรือไม่

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• ใช่ — เมื่อ θ → 0°, (1 − cos θ) → 0 ระยะเลื่อนความยาวคลื่นจึงหายไปสำหรับโฟตอนที่แทบไม่กระเจิง
• ระยะเลื่อนคงที่โดยประมาณแม้ที่มุมเล็ก
• ระยะเลื่อนกลับใหญ่ขึ้นที่มุมเล็ก

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• มุมกระเจิง θ (°)

สิ่งที่คุณวัด:

• การเลื่อนความยาวคลื่น Δλ (pm)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ compton-45 แล้วกดรีเซ็ต ความยาวคลื่นรังสีเอกซ์ตกกระทบคือ 0.08 nm มุมกระเจิงตายตัวที่ 45°
2. เปิดค่าแสดงระยะเลื่อนความยาวคลื่น
3. ตั้งมุมกระเจิงของแต่ละรอบ (มุมเล็ก) แล้วบันทึกระยะเลื่อนความยาวคลื่น

สมการควบคุม

ระยะเลื่อนคอมป์ตันที่มุมเล็ก — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

เมื่อ θ → 0°, (1 − cos θ) → 0 จึงมี Δλ → 0 โฟตอนที่แทบไม่เปลี่ยนทิศแทบไม่สูญเสียพลังงาน สอดคล้องกับการอนุรักษ์โมเมนตัมของการชนที่แทบไม่ถูกรบกวน

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) เทียบกับตาราง และยืนยันว่าการเลื่อนหดลงเมื่อ θ ลดลง
• อธิบายว่าเหตุใดโฟตอนที่แทบไม่เบี่ยงเบน (θ น้อย) จึงถ่ายโอนโมเมนตัมให้อิเล็กตรอนน้อยมาก และจึงสูญเสียพลังงานน้อยมาก — จึงมีระยะเลื่อนความยาวคลื่นจิ๋ว

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• ต่างจากความยาวคลื่นตกกระทบของการทดลองนี้ (0.08 nm ต่างจาก 0.05 nm ของ compton-90) ระยะเลื่อน Δλ ที่มุมใดมุมหนึ่งจะเหมือนกันในสองการทดลอง อธิบายว่าเหตุใดสูตรคอมป์ตันจึงทำให้ระยะเลื่อนไม่ขึ้นกับความยาวคลื่นของโฟตอนตกกระทบ
• ที่มุมเล็กมาก Δλ วัดการทดลองได้ยากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นตกกระทบ (ที่ใหญ่กว่ามาก) อธิบายว่าเหตุใดการทดลองการกระเจิงคอมป์ตันจึงมักใช้รังสีเอกซ์ความยาวคลื่นสั้นแทนแสงที่มองเห็น ซึ่งระยะเลื่อนระดับพิโคเมตรที่เล็กอยู่แล้วจะยิ่งสังเกตยาก

• 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

1. ยินดีต้อนรับสู่คอมป์ตัน 45
2. เลือกชุดคอมป์ตัน
3. กดเล่น
4. มุมกำหนดการสูญเสียพลังงาน
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. ทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

การกระเจิงคอมป์ตัน