Question
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(e) (I) In a Compton experiment, an X-ray photon of wavelength 0.15 nm collides with a stationary free electron and scatters backward at an angle of \( 180^{\circ} \) with respect to its original incident direction. (use \( h c=1240 \mathrm{eV} \cdot \mathrm{nm} \) ). What is the wavelength of the scattered photon (in nm )? (II) Calculate the wavelength of a photon emitted when an electron, trapped in an infinitely deep square well potential of width \( \ell=1.5 \times 10^{-10} \mathrm{~m} \), makes a transition from the \( n=2 \) state to the \( n=1 \) state.

Ask by Ortiz Reeves. in Egypt
Jan 05,2025

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The scattered photon has a wavelength of approximately 0.199 nm, and the emitted photon has a wavelength of about 24.7 nm.

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Bonus Knowledge

To understand the Compton experiment, it's fascinating to note that it was conducted by Arthur Compton in 1923 to demonstrate the particle nature of light. By colliding X-ray photons with electrons, Compton discovered that the wavelength of scattered light increased, indicating that photons carried momentum. This provided direct evidence for the theory of wave-particle duality, bridging quantum mechanics and classical physics in a real-world setting. Now, onto the square well potential! Imagine an electron trapped in a virtual box, where it can only occupy specific energy levels, like a stairway. The energy difference between these levels corresponds to the emitted photon when an electron transitions from one level to another. So when our electron jumps from the n=2 state to the n=1 state, it emits a photon with a very specific wavelength. This setup is fundamental in quantum mechanics, illustrating how particles behave in confined spaces and can be used to explain atomic and molecular structures!

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EXERCICE 3 : ( 5 points) Au cours d'une promenade ton voisin de classe a assisté à une scène. Il a vu un enfant qui s'amusait à plonger dans l'eau d'une rivière à partir du point \( C_{0} \) d'un rocher. Cet enfant, considéré comme un point matériel, voulait attraper un ballon flottant au point \( \vec{A} d{ }^{-1} \) cettel rivière. Ton voisin veut déterminer la valeur de la vitesse \( \vec{V}_{0} \) avec laquelle l'enfant a fait ce plongeon du point de départ \( \mathrm{C}_{0} \) jusqu'au point A (voir schéma ci-contre). A la date \( t=0 \) s, l'enfant s'est élancé du rocher avec une vitesse \( \overrightarrow{V_{0}} \), de valeur \( V_{0} \), incliné d'un angle \( \alpha 0 \) par rapport à l'horizontale. La valeur \( V_{0} \) peut varier et le mouvement du centre d'inertie \( C \) de l'enfant s'effectue dans le référentiel terrestre supposé galiléen muni du repère \( (0, \vec{\imath}, \vec{j}) \). A la date \( t=O \) s, le centre d'inertie de l'enfant, de masse \( m \), est en \( C_{0} \) tel que \( O C_{0}=2 \mathrm{~m} \). Les frottements contre l'air sont négligés lors du plongeon de cet enfant. Données: \( g=9,8 \mathrm{~m} \cdot \mathrm{~s}^{-2} ; \alpha_{0}=45^{\circ} ; \quad O A=2 \mathrm{~m} \) Ton voisin te sollicite pour la détermination de \( V_{0} \). 1. Montre qu'au cours de son plongeon, le vecteur accélération \( \vec{a} \) de l'enfant est égal au vecteur champ de pesanteur uniforme \( \vec{g} \). 2. Détermine les équations horaires du mouvement de l'enfant dans le repère \( (0, \vec{\imath}, \vec{\jmath}) \). 3. Etablis l'équation littérale de la trajectoire \( y=f(x) \) de l'enfant dans le repère \( (0, \vec{\imath}, \vec{j}) \). 4. Détermine les coordonnées \( X_{A} \) et \( Y_{A} \) de l'enfant lorsqu'il arrive au point \( A \) où se trouve le ballon. 5. Déduis de la réponse à la question précédente la valeur de \( V_{0} \) pour qu'à l'issu de ce plongeon l'enfant se retrouve au point A de cette rivière.
Physics Côte d'Ivoire Jan 22, 2025
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