中学课程里-近代物理若干问题

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V0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102K102eV逸出功eVkT,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=0.00241nm.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=mc2=2.2MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是A用能量小于2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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(Knig)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=22.2GeV,若用单束打静止靶，则需1.9104GeV,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=mc2=2.2MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是A用能量小于2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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(x1014m),则Ek=cp18MeVmec2=0.5MeV，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x109m，电子速度不确定度v105m/s，设电子能量100eV,v6106m/s，vv,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(gedankenexperiment)(1)子弹双缝实验概率P12(x)=P1(x)+P2(x),(2)水波双缝实验,缝1和缝2单独开放时的强度I1(x)=A1*(x)A1(x)=A1(x)2I2(x)=A2*(x)A2(x)=A2(x)2,两缝同时开放时的强度I12=A1(x)+A2(x)2=A1(x)2+A2(x)2+2A1(x)A2(x)cos1(x)+2(x)=I1(x)+I2(x)+2I1(x)I2(x)cos1(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：P12(x)P1(x)+P2(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