中學課程里-近代物理若干問題

1、近代物理若干問題中 學 課 程 里一、光電效應與康普頓散射 1. 在光電伏安特性曲線中, 當外電壓稍微正于遏止電壓 V0 時, 光電流為什么不垂直地上升到它的飽和值? 如果光子能量距紅限不遠, 光電子能量差別不大, 但方向有分布。電極形狀的影響： 2. 為什么入射光子是單色的， 射出的電子有能量分布？溫度影響不大： 常溫10 2 K 10 2 eV 逸出功 eV k T 當光子能量大于 逸出功很多時，有可能將金屬中導帶里費米面以下較深的電子打出來， 形成較寬的速率分布。 金屬內(nèi)部的電子到達表面前曾因碰撞而損失能量？ 有時把光電效應中電子也稱為自由電子,這與康普頓散射中的自由電子的概念是不同的。

2、在光電效應中的電子是金屬導帶中電子， 在金屬中不束縛于任何原子， 是公有化的。 但它們卻束縛在金屬內(nèi)部， 只有獲得一定的能量才能從金屬中逸出。 說參與康普頓散射的電子是自由電子，因為它們與靶物質(zhì)的結(jié)合能遠小于X 射線光子的能量，可以忽略不計。 光子與自由電子碰撞，若電子只吸收而不發(fā)射光子，將違背能量和動量守恒。光電效應中電子束縛于金屬， 將動量傳遞給整個金屬陰極，只吸收而不發(fā)射光子不會違背能量和動量守恒。 3. 在光電效應中電子可以只吸收而不發(fā)射光子,為什么在康普頓散射中的電子不能？ 4. 可以用可見光進行康普頓散射實驗嗎？ 康普頓散射的散射光與入射光的波長差是固定的 C = 0.00241

3、nm.若用可見光做康普頓散射實驗, 一方面光子與電子的結(jié)合能同量級, 電子不能看成是自由的； 其次, 散射光的波長差比入射光小五個數(shù)量級, 無法分辨。所以不能用可見光做康普頓散射實驗。二、核反應中的資用能從一道高考題說起：（2008年高考全國理綜卷） 中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時，質(zhì)量虧損m，相應的能量E =m c 2 = 2.2 MeV 是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是A用能量小于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核不 能分解為一個質(zhì)子和一個中子B用能量等于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核可 能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零C用能量大于2.2 MeV 的光子照射靜止氘

4、核時，氘核可 能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零D用能量大于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核可 能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和不為零質(zhì)心運動定理：對于一個質(zhì)點組 (1) 外力 (2) 外力矩質(zhì)心系(CM)：克尼希 (Knig)定理：對于一個質(zhì)點組，總動能 兩質(zhì)點體系 相對速度 用加速器加速粒子打靜止靶， 總有一部分能量是用不上的，用于產(chǎn)生核反應的只是資用能。 要想全部能量都是資用能，加速器要采用對撞機形式。 例如 北京電子對撞機 E = 22.2 GeV, 若用單束打靜止靶， 則需1.9 10 4 GeV, 比對撞機大4個數(shù)量級。資用能回到那道高考題中子和質(zhì)子

5、結(jié)合成氘核時，質(zhì)量虧損m，相應的能量E =mc 2 = 2.2 MeV 是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是A用能量小于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核不 能分解為一個質(zhì)子和一個中子B用能量等于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核可 能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零C用能量大于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核可 能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零D用能量大于2.2 MeV 的光子照射靜止氘核時，氘核可 能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和不為零顯然 B、C是不對的，只有A、D正確。三、波粒二象性 德布羅意波 海森伯不確定度關(guān)系 海森伯不確定

6、度關(guān)系 = 粒子被禁錮的空間范圍越小， 其動量和能量就越高。 例如， 若電子禁錮在原子核內(nèi)(x 1014 m), 則 Ek= c p 18 MeV m e c 2 = 0.5 MeV，電子不可能在核內(nèi)穩(wěn)定存在。 位置與速度不能同時確定， 就不能談軌跡。 電視機顯像管里電子的軌跡，威耳孫云室顯示質(zhì)子的徑跡，是什么意思？ 如果允許 x 10 9 m， 電子速度不確定度 v 10 5 m/s， 設電子能量 100 eV, v 610 6 m/s， v v , 可忽略。于是可以近似地有“軌跡”的概念。 對于質(zhì)子， v 小三個數(shù)量級以上，更沒有問題。 電子的雙縫干涉實驗 思想實驗(gedanken ex

7、periment)(1)子彈雙縫實驗 概率 P12(x)=P1(x)+P2(x)(2)水波雙縫實驗 縫1和縫2單獨開放時的強度 I1(x) = A1*(x) A1(x) = A1(x) 2 I2(x) = A2*(x) A2(x) = A2(x) 2 兩縫同時開放時的強度 I12 = A1(x)+A2(x) 2= A1(x) 2 + A2(x) 2 +2 A1(x) A2(x) cos 1(x) +2(x) = I1(x) + I2(x) + 2 I1(x) I2(x) cos 1(x) +2(x) (3)電子雙縫實驗 單個電子的落點似乎是隨機的； 大量電子長時間的平均有確定的概率分布： P12(x) P1(x) + P2(x) 有干涉條紋1976年Merli等人的實驗結(jié)果 P.G.Merli, G.F.Missiroli, G.Pozzi, Am.J.Phys., 44 (1976), 306. 追蹤電子！ (R.Feynman)設法不干擾電子 (1)減弱光源 電子漏網(wǎng) (