ฟิสิกส์ยุคใหม่

การกระเจิงคอมป์ตันที่ 90°

เปลี่ยน θ — ดู Δλ = λ_C(1 − cos θ) เพิ่มขึ้นตามมุม

การกระเจิงคอมป์ตันที่ 90° — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ เปลี่ยน θ — ดู Δλ = λ_C(1 − cos θ) เพิ่มขึ้นตามมุม ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

การกระเจิงคอมป์ตัน

เปลี่ยน θ — สังเกต Δλ = λ_C(1 − cos θ) ที่เพิ่มขึ้นตามมุม

โฟตอนรังสีเอกซ์ชนกับอิเล็กตรอนที่เกือบเป็นอิสระและอยู่นิ่ง โฟตอนที่กระเจิงสูญเสียพลังงานและความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นด้วย Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ) ที่ θ = 90° การเลื่อนมีค่าเท่ากับความยาวคลื่นคอมป์ตัน λ_C ≈ 2.43 pm หมุน θ แล้วสังเกตรังสีกระเจิงเส้นประและค่า Δλ ที่เพิ่มขึ้นตามมุม — หลักฐานโดยตรงว่าโฟตอนมีโมเมนตัม

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

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

โฟตอนรังสีเอกซ์กระเจิงออกจากอิเล็กตรอนอิสระ ความยาวคลื่นของโฟตอนที่กระเจิงเปลี่ยนหรือไม่ และถ้าเปลี่ยน ระยะเลื่อนขึ้นกับมุมกระเจิงหรือไม่

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• ระยะเลื่อนความยาวคลื่นเท่ากันทุกมุม
• ใช่ — ระยะเลื่อนความยาวคลื่นเพิ่มตามมุมกระเจิง มากสุดที่ 180° (ย้อนตรงกลับ)
• ความยาวคลื่นของโฟตอนกระเจิงไม่เปลี่ยน (เหมือนการกระเจิงคลื่นคลาสสิก)

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• มุมกระเจิง θ (°)

สิ่งที่คุณวัด:

• การเลื่อนความยาวคลื่น Δλ (pm)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ compton-90 แล้วกดรีเซ็ต ความยาวคลื่นรังสีเอกซ์ตกกระทบคือ 0.05 nm
2. เปิดค่าแสดงระยะเลื่อนความยาวคลื่น
3. ตั้งมุมกระเจิงของแต่ละรอบแล้วบันทึกระยะเลื่อนความยาวคลื่น

สมการควบคุม

สูตรการกระเจิงคอมป์ตัน — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

โฟตอนที่กระเจิงจากอิเล็กตรอนอิสระเลื่อนไปความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นด้วยปริมาณ Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) ซึ่งขึ้นกับมุมกระเจิง θ เท่านั้น เป็นหลักฐานตรงว่าโฟตอนพกโมเมนตัมเหมือนอนุภาค

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) โดยใช้ h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s เทียบกับตาราง
• สังเกตว่า Δλ ไม่ขึ้นกับความยาวคลื่นตกกระทบเลย — ขึ้นกับมุมเท่านั้น อธิบายว่าเหตุใดระยะเลื่อนคอมป์ตันจึงเท่ากันไม่ว่ารังสีเอกซ์จะเป็น 0.05 nm หรือ 0.5 nm

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• การทดลองของคอมป์ตันปี 1923 เป็นหลักฐานทางประวัติศาสตร์ว่าแสงมีพฤติกรรมเป็นอนุภาค (โฟตอน) ที่มีโมเมนตัมแน่นอน ไม่ใช่แค่คลื่น — ภาพคลื่นล้วน ๆ ทำนายว่าไม่มีระยะเลื่อนความยาวคลื่นในการกระเจิงเลย อธิบายว่าเหตุใดระยะเลื่อนที่ขึ้นกับความยาวคลื่นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายแบบคลาสสิก
• ค่าคงที่ h/(m_ec) ≈ 2.43 pm เรียกว่าความยาวคลื่นคอมป์ตันของอิเล็กตรอน อธิบายว่าเหตุใดค่านี้จึงกำหนดสเกลขนาดตามธรรมชาติของการเลื่อนความยาวคลื่นโฟตอนเมื่อกระเจิงออกจากอิเล็กตรอน

• 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 90
2. เลือกชุดคอมป์ตัน
3. กดเล่น
4. การเลื่อนความยาวคลื่นโฟตอน
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. ทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

การกระเจิงคอมป์ตัน