高二物理竞赛狭义相对论和量子光学课件

一、狭义相对论1、爱因斯坦的两个基本原理2、时空坐标变换3．狭义相对论的时空观①同时的相对性2②③4．狭义相对论动力学①②

③④

⑤

5、求粒子速度的方法3（1）

（2）

（3）

（4）

二、量子光学基础1、热辐射（1）绝对黑体:在任何温度下对任何波长的辐射都能完全吸收的物体。吸收比：反射比：42、基尔霍夫定律（1）斯特藩-玻尔兹曼定律

：单色辐射出射度：辐出度，单位时间单位面积辐射的能量3、普朗克假设

（2）唯恩位移定律4、光电效应（1）光电效应的实验定律：

a、b、c、红限频率

（2）光电效应方程66、光子的能量、质量和动量5、康普顿公式7三、原子的量子理论1、玻尔的氢原子理论（1）两个实验基础，经验公式（2）三条基本假设定态，

（3）两条基本公式

82、德布罗意波

电子波波长

微观粒子的波长：3、测不准关系

为什么有？波函数波函数的统计意义：几率波，几率密度：波函数的性质单值、有限、连续一、在一惯性系中一粒子具有动量6Mev/c（c为光速），若粒子总能量E＝10Mev，计算在该系中（1）粒子的运动速度；2）粒子的运动动能。一、解：1111二、介子是一种不稳定粒子，平均寿命是（在与它相对静止的参照系中测得）。（1）如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么实验室参照系中测量介子的寿命为多长？（2）介子在衰变前运动了多长距离？11二、解：（1）根据题意，其固有寿命据时间膨胀效应，实验室测得介子寿命应为（2）衰变前运动的距离12三、静止质量为m0、静止体积为V0的正方体，沿其一边方向以速度（c为真空中的光速）相对于地面运动。试求：（1）地面上测得其运动质量和运动密度分别为多少；（2）总能量为多少；（3）物体的动能为多少倍静能。12三、解：（1）（2）（3）四、某加速器把质子加速到76GeV的动能。求：（1）加速后质子的质量；2）加速后质子的动量。四、解：1414五、（1）一粒子的静质量为m0，粒子的速率为kc(k<1),问粒子的运动质量是静质量的多少倍？（2）若一运动粒子质量为其静质量m0的k倍，求该粒子的总能量、动能和动量。五、解（1）（2）15六、一初速为零的电子，在静电场中经电势差为10MV的电场区域加速后，（1）电子速度大小是多少？（2）电子的质量为其静质量的多少倍？六、解：（1）根据动能定理，电子在电场中加速后具有动能（2）16七、若把能量给予电子，且电子垂直于磁场运动，则其运动径迹是半径为2.0cm的圆。问：（1）该磁场的磁感应强度B为多大？（2）这电子的动质量为静质量的多少倍？七、解：（1）电子作圆周运动向心力由洛伦兹力提供，则（2）由相对论质能关系，可得17八、若一电子的总能量为5.1MeV，求该电子的静能、动能、动量和速率。解：由相对论中的相关公式，得电子的静能为电子的动能电子的动量由相对论的总能量公式电子速率18九、已知地球到太阳的距离是，太阳的直径为，太阳表面的温度为T=6000K。如果将太阳看成为绝对黑体，问在地球表面受阳光垂直照射时每平方米的面积上每秒中得到辐射能量是多少？九、解：太阳每秒钟所发出的总能量为在地球表面上，受太阳垂直照射处，每平方米的面积上每秒钟所得到的辐射能为19十、宇宙大爆炸遗留在宇宙空间均匀背景热辐射相当于T=3K辐射。（1）此辐射的单色辐射本领在什么波长下有极大值？（2）地球表面接收此辐射的功率是多大？十、解：（1）由维恩位移定律有（2）由斯忒潘—玻尔兹曼定律有设地球表面接收此辐射的功率为P，则有20十一、（1）温度为室温的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？十一、解（1）由维恩位移定律（2）取（3）由斯特藩—玻尔兹曼定律21十二、用波长4000A的光照射铯感光层，求：（1）铯的红限频率；（2）铯的逸出功A；（3）光子的能量；（4）光电子的最大初动能；（5）所放出的光电子速度；（6）遏止电压。（红限波长为6600A）21十二、解：22十三、分别计算波长为6000A的红光和1A的x射线光子的能量和动量。23十四、按玻尔理论，当氢原子处于第一激发态时,求：（1）氢原子的总能量；（2）此时电子绕核运动的动能；（3）此时电子绕核运动的角动量；（4）与电子运动相对应的德布罗意波长。十四、解：24十五、求动能均为1MeV的电子和光子的德布罗意波长。十五、解：25十六、一电子以12.0eV的动能轰击处于基态的氢原子后发生散射。求：（1）试确定氢原子所能达到的最高能态；（2）氢原子由上述最高能态直接跃迁到基态，发出的光子的波长为多大？（3）原子达到最高能态时，散射电子的物质波波长是多少？25所以最高可达n=2的第一激发态十六、解：26十七、（1）电子通过宽度a的狭缝,在沿狭缝方向动量分量的最小不确定值为多少？（2）若氢原子某激发态能级的宽度为b，则电子处于该能级的平均寿命为多少？十八、一波长为300nm的光子，假定其波长的测量精度为百万分之一，求该光子位置的测不准量。散射电子动能27十九、（1）处于基态的氢原子中电子的动能是多大？（2）要使处于第一激发态的氢原子发生电离，至少需要吸收波长多大的光子？（3）氢原子由上述第一激发态直接跃迁到基态，发出光子的频率为多少？十九、解：（1）（2）（3）二十、（1）用波长λ=80

nm的紫外光线照射基态氢原子，能否使之电离？用计算说明。（2）若能够电离，电离出来的电子的初动能有多大？二十、解：（1）紫外光子所以能够电离（2）

2929二一、动能为2eV的电子，从无穷远处向着静止的质子运动，最后被质子所束缚形成基态的氢原子，试求：（1）在此过程中放出的光波的波长；（2）此时电子绕质子运动的动能；（3）此时电子的德布罗意波长。二一、解：（1）（2）（3）30二二、具有能量为15eV的光子，被氢原子中处于第一玻尔轨道的电子所吸收而形成一光电子。问此光电