Фотон с длиной волны 7 пм при комптоновском рассеянии изменил направление движения на 45 градусов. Найдите энергию электрона после столкновения.
от

1 Ответ

дано:
- длина волны фотона λ = 7 пм = 7 * 10^(-12) м.
- угол рассеяния θ = 45 градусов.

найти:
- энергию электрона после столкновения E' (после комптоновского рассеяния).

решение:
1. Энергия фотона до столкновения определяется по формуле:

E = h * c / λ,

где
h = 6.626 * 10^(-34) Дж·с — постоянная Планка,
c = 3 * 10^(8) м/с — скорость света.

Подставим значения в формулу:

E = (6.626 * 10^(-34) Дж·с * 3 * 10^(8) м/с) / (7 * 10^(-12) м)
  ≈ (1.9878 * 10^(-25) Дж·м) / (7 * 10^(-12) м)
  ≈ 2.8397 * 10^(-14) Дж.

2. После комптоновского рассеяния длина волны фотона изменится. Новый фотон будет иметь длину волны λ' и можно использовать формулу Комптона для вычисления изменения длины волны:

Δλ = λ' - λ = (h / (m_e * c)) * (1 - cos(θ)),

где
m_e = 9.11 * 10^(-31) кг — масса электрона.

Находим Δλ:

Δλ = (6.626 * 10^(-34) Дж·с / (9.11 * 10^(-31) кг * 3 * 10^(8) м/с)) * (1 - cos(45°)).

Вычислим cos(45°):

cos(45°) = √2 / 2 ≈ 0.7071.

Теперь подставим в формулу:

Δλ = (6.626 * 10^(-34) / (2.733 * 10^(-22))) * (1 - 0.7071)
     ≈ (2.426 * 10^(-12)) * (0.2929)
     ≈ 7.104 * 10^(-13) м.

3. Теперь находим новую длину волны λ':

λ' = λ + Δλ = 7 * 10^(-12) м + 7.104 * 10^(-13) м
   ≈ 7.7104 * 10^(-12) м.

4. Рассчитаем энергию нового фотона:

E' = h * c / λ'

E' = (6.626 * 10^(-34) Дж·с * 3 * 10^(8) м/с) / (7.7104 * 10^(-12) м)
   ≈ 2.575 * 10^(-14) Дж.

5. Энергия, переданная электроном, будет равна разнице энергий фотонов:

E_переданная = E - E'
              = 2.8397 * 10^(-14) Дж - 2.575 * 10^(-14) Дж
              = 0.2647 * 10^(-14) Дж.

6. Согласно закону сохранения энергии, энергия электрона после столкновения будет равна этой переданной энергии:

E' = E_переданная = 0.2647 * 10^(-14) Дж.

ответ:
Энергия электрона после столкновения составляет 0.2647 * 10^(-14) Дж.
от