Сучасна фізика

Розсіювання Комптона під 45°

Проміжний кут — енергія розсіяного фотона падає помірно.

Розсіювання Комптона під 45° — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Проміжний кут — енергія розсіяного фотона падає помірно. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Кут Комптона

Проміжний кут — енергія розсіяного фотона падає помірно.

При проміжних кутах зсув довжини хвилі Δλ = λ_C(1 − cos θ) лежить між 0 та 2λ_C. Енергія та імпульс діляться між розсіяним фотоном і електроном віддачі; жодна частинка не в спокої після зіткнення. Використайте θ = 45° як міст між межами дотичного та зворотного розсіювання.

• Δλ = λ_C(1−cos θ)
• Зсув енергії

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

Під малими кутами розсіювання фотон ледь змінює напрямок. Чи стає його зсув довжини хвилі теж vanishне малим, коли кут прямує до нуля?

Прогнози для зважування

• Так — при θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, тож зсув довжини хвилі зникає для фотона, що ледь розсіюється.
• Зсув лишається приблизно сталим навіть під малими кутами.
• Зсув насправді зростає під малими кутами.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кут розсіювання θ (°)

Що ви вимірюєте:

• Зсув довжини хвилі Δλ (pm)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет compton-45 та натисніть «Скинути». Довжина хвилі падаючого рентгена 0.08 nm; кут розсіювання фіксований 45°.
2. Увімкніть показ зсуву довжини хвилі.
3. Задайте кут розсіювання для кожного заміру (малі кути) та запишіть зсув довжини хвилі.

Керівне рівняння

Комптонівський зсув під малими кутами — Δλ = λ_C(1 − cos θ)

При θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, тож Δλ → 0: фотон, що ледь змінює напрямок, ледь втрачає енергію — узгоджено із збереженням імпульсу для майже непорушеної взаємодії.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Порівняйте з таблицею. Підтвердьте, що зсув стискається зі зменшенням θ.
• Поясніть, чому майже не відхилений фотон (малий θ) передає електрону дуже мало імпульсу, а отже, втрачає дуже мало енергії — звідси крихітний зсув довжини хвилі.

Де це трапляється за межами лабораторії

• На відміну від падаючої довжини хвилі цього експерименту (0.08 nm, відмінної від 0.05 nm у compton-90), зсув довжини хвилі Δλ на будь-якому заданому куті був би ідентичний між двома експериментами. Поясніть, чому формула Комптона робить зсув незалежним від довжини хвилі вхідного фотона.
• Під дуже малими кутами Δλ стає важким для експериментального вимірювання на тлі (набагато більшої) падаючої довжини хвилі. Поясніть, чому експерименти комптонівського розсіювання зазвичай використовують короткохвильовий рентген, а не видиме світло, де й так крихітний зсув шкали пікометрів був би ще менш помітним.

• 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 45
2. Виберіть установку Комптона
3. Натисніть «Запустити»
4. Кут задає втрату енергії
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