康普顿散射：90° 波长偏移
1·预测
X 射线光子会散射自由电子。散射光子的波长是否改变，如果改变，偏移量是否取决于散射角？
- 每个角度的波长偏移都是相同的。
- 是的——波长偏移随着散射角的增加而增加，在 180°（直线向后）时达到最大值。
- 散射光子的波长不会改变（就像经典的波散射）。
2·设置
- 打开「康普顿散射：90° 波长偏移（compton-90）」预设并按重置。入射X射线波长为0.05 nm。
- 启用波长偏移读数。
- 设置每次试验的散射角并记录波长偏移。
3·收集数据
| 散射角θ (°) | 波长偏移 Δλ (pm) |
|---|---|
| 30.00 | |
| 60.00 | |
| 90.00 |
针对三次试验，绘制Δλ（y轴）相对(1 − cos θ)（x轴）的关系图。直线是否通过原点？
4·分析
- 对于一项试验，使用 h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. 计算 Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) 与表进行比较。
- 请注意，Δλ 根本不取决于入射波长，仅取决于角度。解释为什么无论入射 X 射线是 0.05 nm 还是 0.5 nm，康普顿位移都是相同的。
5·扩展
- 康普顿 1923 年的实验是历史性证据，表明光的行为就像具有确定动量的粒子（光子），而不仅仅是波——纯波图预测散射中根本不会发生波长偏移。解释为什么波长相关的偏移无法用经典方法解释。
- 常数 h/(m_ec) ≈ 2.43 pm 称为电子的康普顿波长。解释为什么这设定了光子波长在电子散射时可以移动多少的自然尺寸尺度。
这个实验背后的物理原理
康普顿散射公式
自由电子散射的光子会移动到更长的波长，Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ)，仅取决于散射角 θ——直接证据表明光子像粒子一样携带动量。