Сучасна фізика

Зворотне розсіювання Комптона (180°)

При θ = 180° зсув довжини хвилі максимальний (2λ_C).

Зворотне розсіювання Комптона (180°) — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. При θ = 180° зсув довжини хвилі максимальний (2λ_C). Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Зворотне розсіювання

При θ = 180° зсув довжини хвилі максимальний (2λ_C).

Зворотне розсіювання при θ = 180° дає максимальний комптонівський зсув Δλ_max = 2λ_C, бо cos 180° = −1. Падаючий фотон віддає найбільше імпульсу електрону віддачі; розсіяний фотон виходить із найдовшою довжиною хвилі та найнижчою енергією. Порівняйте цю межу з меншими кутами на полотні.

• Δλ_max = 2λ_C
• θ = 180°

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Фотон, що розсіюється прямо назад (180°), передає максимальний можливий імпульс електрону, в який влучає. Чи дає цей випадок зворотного розсіювання найбільший можливий комптонівський зсув довжини хвилі?

Прогнози для зважування

• Максимальний зсув відбувається на якійсь іншому куті.
• Зсув той самий на всіх кутах, включно з 180°.
• Так — зворотне розсіювання 180° максимізує (1 − cos θ), даючи найбільший можливий зсув довжини хвилі для будь-якого кута.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кут розсіювання θ (°)

Що ви вимірюєте:

• Зсув довжини хвилі Δλ (pm)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет compton-180 та натисніть «Скинути». Довжина хвилі падаючого рентгена 0.05 nm; кут розсіювання фіксований 180°.
2. Увімкніть показ зсуву довжини хвилі.
3. Задайте кут розсіювання для кожного заміру (наближаючись до 180°) та запишіть зсув довжини хвилі.

Керівне рівняння

Комптонівський зсув при зворотному розсіюванні — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

Формула Комптона Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) максимізується при θ = 180°, де (1 − cos θ) = 2, даючи найбільший можливий зсув довжини хвилі: Δλ_max = 2h/(m_ec) ≈ 4.85 pm.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Порівняйте з таблицею. Підтвердьте, що θ = 180° дає Δλ = 2h/(m_ec), максимальне можливе значення.
• Поясніть, використовуючи (1 − cos θ), чому 180° дає максимальний зсув: cos(180°) = −1, тож (1 − cos θ) сягає найбільшого можливого значення 2 на цьому куті.

Де це трапляється за межами лабораторії

• При 180° фотон повністю реверсує напрямок, передаючи максимальний можливий імпульс електрону (збереження імпульсу). Поясніть, чому максимальна передача імпульсу відповідає максимальній втраті енергії (а отже, максимальному зростанню довжини хвилі) фотона.
• При θ = 0° (взагалі без розсіювання) чому дорівнював би Δλ? Чи має це фізичний сенс для фотона, що не взаємодіє?

• 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. Вітаємо в Комптоні 180
2. Виберіть установку Комптона
3. Натисніть «Запустити»
4. Максимальний зсув Комптона
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Розсіювання Комптона