17p1周六下午sat2和ap物理春季第8次課part2modern physics

SAT2Physics:Lecture9.ModernPhysicsModernPhysicsQuantumphysicsandatomicmodelsPhotonandPhotoelectricEffectModelsoftheatomProbabilisticdescriptionofmatter(書上沒有NuclearphysicsRelativityContemporaryphysicsPhotonandPhotoelectric復(fù)習(xí)Electromagnetic連續(xù)光譜(continuous 的光可折射成紅-橙-黃-綠-青-藍-紫等沒有明顯分界線的光譜這類光譜稱為連續(xù)光譜(continuousspectrum)Particlenatureof),光的強度是連續(xù)的(continuousamounts然 是?份?份地(specificdiscreteamounts)進?的。 荷量存在元電荷(elementarycharge)?樣。 Photonnck計算得到光子的能量(Ephoton)與光的頻率f) nck’sh=6.63×10-34Js光子觀點：光的強度(I單個光子的能量(hf) 1eV=1.6x10-ModelsoftheRaisinpuddingmodelofatomsJ.JThomson發(fā)現(xiàn)了電子的存在提出原子呈圓球狀充斥著正電Rutherford’snuclearmodelof 提出原因J.J.Thompson的模型無法解釋α粒子轟擊goldfoil時發(fā)生的大角度散射(largeanglescattering)現(xiàn)象Rutherford’snuclearmodelof Bohr’satomic 提出原因:根據(jù)電磁學(xué)理論,Rutherford’smodel的電子繞核運動會發(fā)出電磁波(EMwave)電子損失能量從而勢能降低運行軌道會越來越低(因為正負電荷之間距離越小電勢能越低),最終會一頭栽進原子核,但實際并沒有發(fā)生.Bohr’smodel定態(tài)(stationarystate):電子軌道不是任意的?是有限制的,電子只能在特定半徑(即特定勢能)的若?個軌道上運動.這種假設(shè)被稱作軌道量子化 zationoforbit).電子雖然在做繞核運動,能級(energylevel):電子處在離核最近的軌道上時能量最低,這個狀態(tài)稱為基態(tài)(groundstate);原子得到能量后(例如通?壓電電子會被激發(fā)到?能軌道上(excitedtoahigherlevel),這些狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)(excitedstate)發(fā)射光譜(Emission vs吸收光譜(absorption IonizationAnelectroncangainenoughenergytobecomple removedfromtheatom.PhotoelectricPhotoelectriceffect:TheabilityofphotonsoflighttoknockelectronsfromthesurfaceofsomemetalsKineticEnergyofKmax,3frequency超過臨界頻率隨著intensity增加逸出電子的數(shù)量增加電流表有讀數(shù) Wave-ParticleDualityandMatterWaveMatterwave等人認為,電磁波既有波動的性質(zhì),德布羅意(deBroglie)從理論上提出任何粒子也可能具有波動的性質(zhì)(物質(zhì)波,matterwaves),即認為任何物質(zhì)都同時具有波粒二象性(wave-particledualitydeBroglie提出Matterwave其中p=mv是粒子的動量宏觀物體質(zhì)量?,因此波?很?,微觀粒子質(zhì)量?,因此波?較?,較容易ElectronDiffractionfrom MatterWave對Bohr’sModeldeBroglie認為電子可看作波動穩(wěn)定的電子軌道應(yīng)該是使這種波動成為駐波(standingwave)的軌道,駐波的能量才不會耗散.要形成駐波則軌道的圓周長只能是電子波長的整數(shù)Compton ComptonComptonCompton認為根據(jù)德布羅意方程光具有動量(ph/λ),光子與電子的碰動量守恒,自己也要向另外一個方向散射.同時能量減少,因此散射光頻率變小,波長會變大waveparticleCharacteristicsoflightthatindicatelightbehaveslikeaDiffractionInterference?涉(例如:Young’sDouble-SlitExperiment楊氏雙縫實驗Doppler PolarizationCharacteristicsoflightthatindicatelightalsoactsasaBlackbodyRadiation?體輻射 PhotoelectricEffect光電效應(yīng)(byAtomicSpectra原子光譜(byCompton 效應(yīng)(X-rayProbabilisticdescriptionof的概率高一些,某些時間、某些Schrodinger提出了描述這種概率(wavefunction)SAT2Physics:Lecture10.ModernPhysicsModernPhysicsQuantumphysicsandatomicmodelsNuclearphysics andbindingenergyRadioactivityandnuclearreactionRelativityNewtopicsinPhysicsSub-atomicSub-atomicStructureproton質(zhì) neutron中Z:原子序數(shù)(atomicnumber)代表質(zhì)子數(shù)(電荷數(shù)A質(zhì)量數(shù)(atomicsmass),代表質(zhì)子+中子數(shù)(質(zhì)量數(shù)Isotope質(zhì)子數(shù)相同StabilityStabilityU-238有92個質(zhì)子146個中子 andbindingStrong 核力質(zhì)子-質(zhì)子中子-中子質(zhì)子-中子核力的強度比電磁力要強這樣才能抵消原子核中質(zhì)子的斥力,使原子核穩(wěn)定存在.因此核力叫“強”作用力.核力的性質(zhì)在較近時是斥力在較遠時是引力萬有引力和庫侖力都與距離平方成反比,但核力不滿足InverseSquareLaw.核力的范圍10-15m(有效范圍很小Quark(1)質(zhì)子和中子都由3Bindingenergy結(jié)合 結(jié)合能(binding結(jié)合能來源于質(zhì)量虧損(mass質(zhì)能方程(Einstein’smass-energyE=Radioactivityandnuclearα衰變(Alphadecay)放出αparticle(Helium β-衰變(Betadecay):電子

β+衰變(Beta+decay):正電子 decay):放出電磁波

質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,

????????→????????

β衰變放出的電子來自原子核內(nèi),光電效應(yīng)放出的電子是核外電子,γγ衰變放出的光子,能量

?→????????+電子躍遷(electrontransition)放出的光子,能量來自Anti-particle正電子(Positron)是電子(electron)的反粒子(anti-正電子帶1個單位正電荷,擁有與電子一樣的質(zhì)量湮滅(annihilation),產(chǎn)生兩湮滅過程能量守恒hf=mc2湮滅過程動量守恒：光子對的總動量= 子等

Neutrino伴隨著β衰變(以及很多其他核反應(yīng)會放出中微子中微子不帶電質(zhì)量輕(小于電子的百萬分之一中微子以接近光速運動Fission較重原子核

例子 ,核電Controlrod:absorbsneutronsandstopthereaction,e.g.boron,cadmium.Fu