展示目的及科学原理
展项通过游戏的形式,让观众直观了解光子也是一种粒子,模拟美国物理学家康普顿在做X射线实验时的现象,该实验证实了光具有粒子性的特质,佐证了量子理论的正确性。
操作方式
本展项设计类似弹子机,由投影机、投影曲面、拉杆装置等组成。观众转动拉杆对准投影幕上设置的电子,拉动后释放,发射带颜色的光子,该光子由屏幕模拟。如果光子击中投影幕上设置的电子,将显示光子和电子碰撞后的散射效果,光子的颜色改变、运动方向改变,模拟碰撞后光子的波长改变,波长和运动方向的变化说明了光子也具有动量,从而间接证明了光子具有粒子性。
1922—1923年康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分,发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外,还有波长较长的成分。这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应,是另一个证明光的粒子性的重要实验。本展项使用多媒体互动模拟康普顿散射过程,展示光子和电子的互相作用。
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