Сучасна фізика
Розсіювання Комптона під 90°
Змінюйте θ — спостерігайте, як Δλ = λ_C(1 − cos θ) зростає з кутом.
Розсіювання Комптона під 90° — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Змінюйте θ — спостерігайте, як Δλ = λ_C(1 − cos θ) зростає з кутом. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Розсіювання Комптона
Змінюйте θ — спостерігайте, як Δλ = λ_C(1 − cos θ) зростає з кутом.
Рентгенівський фотон стикається з майже вільним електроном у спокої. Розсіяний фотон втрачає енергію, і його довжина хвилі зростає на Δλ = (h/mₑc)(1 − cos θ). При θ = 90° зсув дорівнює комптонівській довжині хвилі λ_C ≈ 2.43 pm. Обертайте θ та спостерігайте, як пунктирний розсіяний промінь і показ Δλ зростають з кутом — пряме свідчення, що фотони несуть імпульс.
- Δλ = λ_C(1−cos θ)
- Імпульс фотона
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
Рентгенівський фотон розсіюється на вільному електроні. Чи змінюється довжина хвилі розсіяного фотона, і якщо так, чи залежить величина зсуву від кута розсіювання?
Прогнози для зважування
- Зсув довжини хвилі той самий на кожному куті.
- Так — зсув довжини хвилі зростає з кутом розсіювання, сягаючи максимуму на 180° (прямо назад).
- Довжина хвилі розсіяного фотона не змінюється (як у класичного хвильового розсіювання).
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Кут розсіювання θ (°)
Що ви вимірюєте:
- Зсув довжини хвилі Δλ (pm)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет compton-90 та натисніть «Скинути». Довжина хвилі падаючого рентгена 0.05 nm.
- Увімкніть показ зсуву довжини хвилі.
- Задайте кут розсіювання для кожного заміру та запишіть зсув довжини хвилі.
Керівне рівняння
Формула розсіювання Комптона — Δλ = λ_C(1 − cos θ)
Фотон, що розсіюється на вільному електроні, зсувається на довшу довжину хвилі на Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), залежно лише від кута розсіювання θ — пряме свідчення, що фотони несуть імпульс як частинки.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) з h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ кг, c = 3×10⁸ м/с. Порівняйте з таблицею.
- Помітьте, що Δλ взагалі не залежить від падаючої довжини хвилі — лише від кута. Поясніть, чому комптонівський зсув той самий, чи вхідний рентген 0.05 nm, чи 0.5 nm.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Експеримент Комптона 1923 року був історичним свідченням, що світло поводиться як частинки (фотони) з визначеним імпульсом, а не лише як хвилі — суто хвильова картина передбачає нульовий зсув довжини хвилі при розсіюванні. Поясніть, чому залежний від кута зсув було б неможливо пояснити класично.
- Стала h/(m_ec) ≈ 2.43 pm називається комптонівською довжиною хвилі електрона. Поясніть, чому вона задає природний масштаб того, наскільки може зсунутися довжина хвилі фотона при розсіюванні на електроні.
- 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
- Вітаємо в Комптоні 90
- Виберіть установку Комптона
- Натисніть «Запустити»
- Зсув довжини хвилі фотона
- Відкрийте панель властивостей
- 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 →