中学课程里-近代物理若干问题.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,近代物理若干问题,中 学 课 程 里,一、光电效应与康普顿散射,1.,在光电伏安特性曲线中,当外电压稍微正于遏止电压,V,0,时,光电流为什么不垂直地上升到它的饱和值,?,如果光子能量距红限不远,光电子能量差别不,大,但方向有分布。,电极形状的影响：,2.,为什么入射光子是单色的，射出的电子有能量分布？,温度影响不大,：,常温,10,2,K 10,2,eV,逸出功,eV,k T,当光子能量大于 逸出功很多时，有可能将金属中导带里费米面以下较深的电子打出来，形成较宽的速率分布。,金属内部的电子到达表面前曾因碰撞而损失能量？,有时,把光电效应中电子也称为,自由电子,这与,康普顿散射中的,自由电子,的概念是,不同,的。在光电效应中的电子是金属导带中电子，在金属中不束缚于任何原子，是,公有化的,。但它们却束缚在金属内部，只有获得一定的能量才能从金属中逸出。说参与康普顿散射的电子是,自由电子,，因为它们与靶物质的结合能远小于,X,射线光子的能量，可以忽略不计。光子与自由电子碰撞，若电子只吸收而不发射光子，将违背,能量和动量守恒,。光电效应中电子束缚于金属，将动量传递给整个金属阴极，只吸收而不发射光子不会违背能量和动量守恒。,3.,在光电效应中电子可以只吸收而不发射光子,为什么在康普顿散射中的电子不能？,4.,可以用可见光进行康普顿散射实验吗？,康普顿散射的散射光与入射光的波长差是固定的,C,=0.00241 nm.,若用可见光做康普顿散射实验,一方面光子与电子的结合能同量级,电子不能看成是自由的；其次,散射光的波长差比入射光小五个数量级,无法分辨。所以,不能用可见光做康普顿散射实验,。,二、核反应中的资用能,从一道高考题说起：,（,2008,年高考全国,理综卷）,中子和质子结合成氘核时，质量亏损,m,，,相应的,能量,E,=,m c,2,=2.2,MeV,是,氘核的结合能。下列说法,正确的是,A,用能量小于,2.2,MeV,的,光子照射静止氘核时，氘核不,能分解为一个质子和一个中子,B,用能量等于,2.2,MeV,的,光子照射静止氘核时，氘核可,能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零,C,用能量大于,2.2,MeV,的,光子照射静止氘核时，氘核可,能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零,D,用能量大于,2.2,MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可,能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零,质心运动定理,：对于一个质点组,(1),外力,(2),外力矩,质心系,(CM),：,克尼希,(K,nig),定理：,对于一个质点组，总动能,两质点体系,相对速度,用加速器加速粒子打静止靶，总有一部分能量,是用不上的，用于产生核反应的只是,资用能,。,要想全部能量都是资用能，加速器要采用对撞机形式。,例如 北京电子对撞机,E=,2,2.2,GeV,若用单束打静止靶，则需,1.9 10,4,GeV,比,对撞机大,4,个数量级。,资用能,回到那道高考题,中子和质子结合成氘核时，质量亏损,m,，,相应的能量,E,=,mc,2,=2.2,MeV,是氘核的结合能。下列说法正确的是,A,用能量小于,2.2,MeV,的光子照射静止氘核时，氘核不 能分解为一个质子和一个中子,B,用能量等于,2.2,MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可 能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零,C,用能量大于,2.2,MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可 能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零,D,用能量大于,2.2,MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可 能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零,显然,B,、,C,是不对的，,只有,A,、,D,正确。,三、波粒二象性,德布罗意,波,海森伯不确定度关系,海森伯不确定度关系,=,粒子被禁锢的空间范围越小，其动量和能量就越高。,例如，若电子禁锢在原子核内,(,x,10,14,m,),则,E,k,=,c,p,18,MeV,m,e,c,2,=0.5,MeV,，,电子不可能,在,核内稳定存,在。,位置与速度不能同时确定，就不能谈轨迹。,电视机显像管里电子的轨迹，威耳孙云室显示质子的径迹，是什么意思？,如果允许,x,10,9,m,，,电子速度不确定度,v,10,5,m/s,，,设电子能量,100,eV,v,6,10,6,m/s,，,v,v,可,忽略,。于是可以近似地有“轨迹”的概念。,对于质子，,v,小三个,数量级以上，更没有问题,。,电子的双缝干涉实验,思想实验,(,gedanken,experiment),(1),子弹双缝实验,概率,P,12,(,x,),=P,1,(,x,),+P,2,(,x,),(2),水波双缝实验,缝,1,和缝,2,单独开放时的强度,I,1,(,x,)=,A,1,*,(,x,),A,1,(,x,)=,A,1,(,x,),2,I,2,(,x,)=,A,2,*,(,x,),A,2,(,x,)=,A,2,(,x,),2,两缝同时开放时的强度,I,12,=,A,1,(,x,)+,A,2,(,x,),2,=,A,1,(,x,),2,+,A,2,(,x,),2,+2,A,1,(,x,),A,2,(,x,),cos,1,(,x,)+,2,(,x,),=,I,1,(,x,)+,I,2,(,x,)+2,I,1,(,x,),I,2,(,x,),cos,1,(,x,)+,2,(,x,),(3),电子双缝实验,单个电子的落点似乎是随机的；,大量电子长时间的平均有确定的概率分布：,P,12,(,x,),P,1,(,x,)+,P,2,(,x,),有干涉条纹,1976,年,Merli,等人的实验结果,P.G.Merli,G.F.Missiroli,G.Pozzi,Am.J.Phys,.,44,(1976),306.,追踪电子！,(,R.Feynman,),设法不干扰电子,(1),减弱光源,电子漏网,(2),降低频率,衍射斑重叠,只发射一个光子，,D1,和,D2,各接收到半个光子？否！,D1,和,D2,各有,1/2,概率,接,收,一个光子，从来没有半个光子。,干涉效应,EPR,粒子对,非 定 域 性,与物质相互作用,(,发射、吸收,),时表现粒子性，,在空间传播时表现波动性。,