中学课程里-近代物理若干问题

1、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。

2、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

3、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

4、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 (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 = 22.2 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

5、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

6、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 1014 m), 则 Ek= 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 610 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 ex

7、periment)(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) 2 I2(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 +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)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 (