Назовите модели с помощью которых описывается электромагнитное излучение

Черновик лабораторной работы 11 Эффект Комптона. Лабораторная работа 11 эффект комптона цель работы

Название Лабораторная работа 11 эффект комптона цель работы
Анкор Черновик лабораторной работы 11 Эффект Комптона
Дата 28.05.2021
Размер 31.59 Kb.
Формат файла
Имя файла Черновик лабораторной работы 11 Эффект Комптона.docx
Тип Лабораторная работа
#211022
С этим файлом связано 2 файл(ов). Среди них: задание -1.doc, титульный лист.docx.
Показать все связанные файлы Подборка по базе: ОВЗ долговременная работа.docx, Практическая работа № 1 Основные и производные единицы СИ_Марчен, Практическая работа 1.doc, контрольная работа по менеджменту заочка 2020.doc, Практическая работа ИЭН.docx, Лабораторная работа №1 — оформление и стилизация текста.docx, Лабораторная работа 12.pptx, АиСД Лаб работа 1.docx, Курсовая работа 2.docx, Лабороторная работа №1.docx

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

  • Знакомство с моделями электромагнитного излучения и их использованием при анализе процесса его рассеяния рентгеновского излучения в веществе.
  • Экспериментальное подтверждение закономерностей эффекта Комптона.
  • Экспериментальное определение комптоновской длины волны электрона.

1. Подведите маркер мыши к кнопке регулятора длины волны падающего ЭМИ и установите первое значение длины волны λ01 из табл. 1, соответствующее номеру вашей бригады.

2. Подведите маркер мыши к кнопке регулятора угла приема рассеянного ЭМИ, и установите первое значение угла из табл.2..

3. Определите по графику и значению в окне «Выходные данные» длину волны λ рассеянного рентгеновского излучения и запишите в первую строку таблицы 2.

4. Изменяйте угол наблюдения с шагом 10 о и записывайте измеренные значения λ в соответствующие строки табл. 2.

5. Выполнив измерения для всех углов, указанных в табл. 2, установите значение длины волны падающего ЭМИ в соответствии со следующим значением для вашей бригады из табл. 1. Повторите измерения длины волны рассеянного ЭМИ излучения, заполняя сначала табл. 3, а затем и табл. 4 (аналогичные табл. 2).
Таблица 1 Исходные значения длины волны падающего ЭМИ

Номер бригады 1 2 3 4 5 6 7 8
λ01 30 32 34 36 38 40 42 44
λ02 50 52 54 56 58 60 63 66
λ03 70 72 74 76 78 80 84 90

Таблица 2. Результаты измерений. Длина волны λ = 30 пм

Номер измерения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
θ, 0 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
λ՜ , пм 3,12 3,16 3,20 3,24 3,29 3,33 3,36 3,40 3,43 3,45 3,47
1 – cos θ 21,6 24,7 27,5 30,1 32,4 34,4 36,2 37,7 38,9 39,9 40,5

Таблица 3. Результаты измерений. Длина волны λ = 50 пм

Номер измерения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
θ, 0 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
λ՜ , пм 5,12 5,16 5,20 5,24 5,29 5,33 5,36 5,40 5,43 5,45 5,47
1 – cos θ 13,1 14,9 16,7 18,3 19,7 21,6 22,9 23,1 23,9 24,5 24,9

Таблица 4. Результаты измерений. Длина волны λ = 70 пм

Номер измерения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
θ, 0 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
λ՜ , пм 7,12 7,16 7,20 7,24 7,29 7,33 7,36 7,40 7,43 7,45 7,47
1 – cos θ 9,3 10,7 12,1 13,1 14,2 15,1 16 16,7 17,2 17,7 18,7

1. Вычислите и запишите в табл. 2, 3 и 4 все требуемые характеристики.

2. Постройте график зависимости изменения длины волны (Δλ = λ – λ0) от

разности (1 – cos θ) для каждой серии измерений.

3. Определите по наклону графика значение комптоновской длины волны электрона

4. Вычислите массу электрона, используя формулу для комптоновской длины волны.

5. Запишите ответ и проанализируйте ответ и графики.

Вопросы и задания для самоконтроля

  1. Опишите модели, с помощью которых описывается электромагнитное излучение.

Модели, с помощью которых описывается электромагнитное излучение:

Поток фотонов.

  1. Назовите области физики, в которых используются соответствующие модели ЭМИ.

Луч используется в геометрической оптике.

Поток фотонов используется в квантовой физике и квантовой оптике.

  1. Что такое луч?

Луч это линия, по которой распространяется ЭМИ.

  1. Что такое гармоническая волна?

Гармонической называется волна, у которой возмущение некоторой физической

характеристики меняется во времени и в пространстве по закону синуса или косинуса.

Гармоническая волна имеет точно заданную длину волны (частоту).

  1. Сформулируйте связь между характеристиками ЭМИ в волновой и квантовых моделях.

Частота ЭМИ связана с энергией одного фотона соотношением ν = EФ / с .

Длина волны ЭМИ связана с энергией фотона соотношением λ = h ⋅ c / EФ .

  1. Назовите эффекты, для исследования которых надо использовать и волновую и квантовую модели ЭМИ. Проанализируйте один из эффектов.
  2. Опишите модель ЭМИ до падения на вещество?
  3. Опишите модель ЭМИ после падения на вещество?
  4. Как моделируется ЭМИ при взаимодействии падающего рентгеновского фотона и свободного электрона вещества?
  5. Как моделируется процесс взаимодействия падающего ЭМИ и вещества ?
  6. Какие законы сохранения выполняются при взаимодействии фотона со свободным электроном в эффекте Комптона?
  7. Сравните поведение фотонов после взаимодействия фотонов с электронами в эффекте Комптона и фотоэффекте?

После столкновения с электроном фотон в фотоэффекте исчезает, а при эффекте Комптона

фотон сохраняется (рассеивается), причем его энергия уменьшается, а длина волны

рассеянного ЭМИ увеличивается.

  1. Что такое комптоновская длина волны частицы?

Комптоновская длина волны частицы есть коэффициент пропорциональности между изменением длины волны ЭМИ при рассеянии и определенной функцией от угла падения фотона на частицу.

  1. Почему эффект Комптона не наблюдается при рассеянии фотонов на электронах, сильно связанных с ядром атома?

Эффект Комптона не наблюдается при рассеянии фотонов на электронах, сильно связанных с

ядром атома, поскольку в этом случае фотон рассеивается на атоме, масса которого слишком

ЭМИ.

  1. Как меняется энергия фотона при его комптоновском рассеянии?

При комптоновском рассеянии энергия фотона уменьшается.

  1. Что происходит с электроном после рассеяния на нем фотона?

После рассеяния фотона на электроне электрон приобретает энергию «отдачи» и его

кинетическая энергия увеличивается на данную величину

  1. Чем отличается масса от массы покоя? Когда они совпадают?

Масса движущейся частицы всегда больше ее массы покоя. Масса частицы точно равна массе

покоя, только если частица неподвижна.

  1. Какова масса фотона?
  2. С какой скоростью движется фотон?
  3. Напишите уравнение для импульса фотона.
  4. Напишите формулу для эффекта Комптона.

Изменение длины волны рассеянного фотона: ∆ λ = λC ⋅( 1 — cosϑ ).

  1. Напишите формулу для комптоновской длины волны электрона.

Формула для комптоновской длины волны электрона λC = h / ( m0e ⋅c )

  1. Чему равно максимальное изменение длины волны рассеянного фотона и когда оно наблюдается?

Максимальное изменение длины волны рассеянного фотона: ∆ λmax = 2 ⋅λC . Оно наблюдается

при обратном рассеянии, т.е. когда угол рассеяния равен 360О

Источник

Назовите модели с помощью которых описывается электромагнитное излучение

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике. Запустите программу компьютерного моделирования. Выберите модель «Комптоновское рассеяние». Прочитайте краткие теоретические сведения [1,2]. Оформите конспект.

Цель работы
  • Знакомство с моделями электромагнитного излучения и их использованием при анализе процесса рассеяния рентгеновского излучения в веществе.
  • Экспериментальное подтверждение закономерностей эффекта Комптона.
  • Экспериментальное определение комптоновской длины волны электрона.

Краткая теория

Модели электромагнитного излучения (ЭМИ):

  • луч – линия распространения ЭМИ (геометрическая оптика),
  • волна – гармоническая волна (или совокупность гармонических волн), имеющая амплитуду и определенную длину волны или частоту (волновая оптика),
  • поток частиц (фотонов) используется для объяснения многих эффектов, на которых основана квантовая теория строения вещества.

Характеристики всех моделей связаны друг с другом, поскольку описывают один и тот же материальный объект (ЭМИ).

Эффектом Комптона называется увеличение длины волны рассеянного излучения при облучении вещества монохроматическим рентгеновским излучением.

Рентгеновским называется электромагнитное излучение, которое можно моделировать с помощью электромагнитной волны с длиной от 10 –8 до 10 –12 м или с помощью потока фотонов с энергией от 100 эВ до 10 6 эВ (границы условны).

Для описания рентгеновского излучения, распространяющегося от источника до вещества (см. рис. 1), применяется волновая модель. Излучение представляется, как монохроматическая волна с длиной λ0.

Волновая модель применяется и для описания рассеянного рентгеновского излучения, идущего под углом θ от вещества (образец) до регистрирующего устройства (рентгеновского спектрометра РС).

При исследовании взаимодействия ЭМИ с веществом используется корпускулярная модель, имеющая вид потока фотонов.

Рассмотрим процесс столкновения падающего рентгеновского фотона (энергия , импульс ) с покоящимся электроном вещества (рис. 2). Энергия электрона до столкновения равна его энергии покоя , где – масса покоя электрона. Импульс электрона равен 0.

После столкновения (рис. 3) электрон будет обладать импульсом и энергией, равной

Энергия фотона станет равной , а импульс .

Из закона сохранения импульса и энергии вытекают два равенства:

и

(рис. 2).

Разделив первое равенство на последнее и проведя некоторые преобразования (см. учебник), получим формулу Комптона:

где комптоновская длина волны

Методика и порядок измерений

Внимательно рассмотрите рисунки.

Зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы.

Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

Измерения
1. Подведите маркер мыши к кнопке регулятора длины волны падающего ЭМИ и установите первое значение длины волны λ01 из табл. 1, соответствующее номеру вашей бригады.
2. Подведите маркер мыши к кнопке регулятора угла приема рассеянного ЭМИ и установите первое значение угла из табл. 2.
3. Определите по графику и значению в окне «Выходные данные» длину волны λ рассеянного ЭМИ и запишите в первую строку табл. 2.
4. Изменяйте угол наблюдения с шагом 10º и записывайте измеренные значения λ в табл. 2.
5. Выполнив измерения для всех углов, указанных в табл. 2, установите значение длины волны падающего ЭМИ в соответствии со следующим значением для вашей бригады λ02 и λ03 из табл. 1. Повторите измерения длины волны рассеянного ЭМИ, заполняя сначала табл. 3, а затем и табл. 4 (аналогичные табл. 2).

Таблица 1 (не перерисовывать). Исходные значения длины волны падающего ЭМИ, пм

Номер бригады 1 2 3 4 5 6 7 8
λ01 30 32 34 36 38 40 42 44
λ02 50 52 54 56 58 60 63 66
λ03 70 72 74 76 78 80 84 90

Таблицы 2, 3, 4. Результаты измерений. Длина волны

Источник

Читайте также:  Что представляет собой природа излучений
Оцените статью
Электроника