Консультация № 184716
08.12.2011, 20:19
77.82 руб.
0 1 1
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:

Фотон с энергией hω испытал столкновение с электроном, который двигался ему навстречу. В результате столкновения направление движения фотона изменилось на противоположное, а его энергия оказалась прежней. Найти скорость электрона до и после столкновения.

ответ на задачу https://rfpro.ru/upload/6881

Напишите пожалуйста ПОДРОБНОЕ решение и если можно рисунок

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.12.2011, 19:54
общий
это ответ
Здравствуйте, Евгений!

Рассмотрим сначала случай нерелятивистского электрона. Направление движения фотона после столкновения изменилось на противоположное. Значит, изменение импульса фотона составит
[$916$]p = -h[$969$]/c - h[$969$]/c = -2h[$969$]/c.

Импульс электрона тоже изменится на эту величину, взятую с обратным знаком. Поэтому, если до столкновения электрон имел скорость v1 и импульс mv1, то после столкновения он приобретёт скорость v2 и импульс mv2 = mv1 + [$916$]p = mv1 + 2h[$969$]/c, откуда
v2 = v1 + 2h[$969$]/(mc).

По закону сохранения энергии
h[$969$] + mv12/2 = h[$969$] + mv22/2,
v12 = v22,
v12 = (v1 + 2h[$969$]/(mc))2,
v12 = v12 + 4v1h[$969$]/(mc) + (2h[$969$]/(mc))2,
(2h[$969$]/(mc))2 + 4v1h[$969$]/(mc) = 0,
2h[$969$]/(mc) [$183$] (2h[$969$]/(mc) + 2v1) = 0,
h[$969$]/(mc) + v1 = 0,
v1 = -h[$969$]/(mc),
v2 = v1 + 2h[$969$]/(mc) = -h[$969$]/(mc) + 2h[$969$]/(mc) = h[$969$]/(mc).

Итак, для нерелятивистского электрона v1 = -h[$969$]/(mc), v2 = h[$969$]/(mc), где m - масса электрона. То есть после столкновения электрон будет двигаться с той же по величине скоростью, но в противоположном направлении. Знак "минус" в значении скорости электрона до столкновения указывает на то, что эта скорость направлена противоположно скорости фотона до столкновения.

Для релятивистского электрона в полученные выражения для скоростей нужно ввести множитель, учитывающий релятивистское изменение массы электрона. Получим
v1 = -h[$969$]/(cm/[$8730$](1 - v12/c2)) = -h[$969$][$8730$](c2 - v12)/(c2m),
c2mv1 = -h[$969$][$8730$](c2 - v12),
c4m2v12 = h2[$969$]2c2 - h2[$969$]2v12,
(c4m2 + h2[$969$]2)v12 = h2[$969$]2c2,
v12 = h2[$969$]2c2/(c4m2 + h2[$969$]2),
v1 = -h[$969$]c/[$8730$](c4m2 + h2[$969$]2),
v2 = h[$969$]c/[$8730$](c4m2 + h2[$969$]2).

Заметим, что при принятых нами обозначениях постоянная Планка h = 1,055 [$183$] 10-34 Дж [$183$] с.

С уважением.
5
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа