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

SAT2Physics:Lecture9.ModernPhysicsModernPhysicsQuantumphysicsandatomicmodelsPhotonandPhotoelectricEffectModelsoftheatomProbabilisticdescriptionofmatter(书上没有NuclearphysicsRelativityContemporaryphysicsPhotonandPhotoelectric复习Electromagnetic连续光谱(continuous 的光可折射成红-橙-黄-绿-青-蓝-紫等没有明显分界线的光谱这类光谱称为连续光谱(continuousspectrum)Particlenatureof),光的强度是连续的(continuousamounts然 是⼀份⼀份地(specificdiscreteamounts)进⾏的。 荷量存在元电荷(elementarycharge)⼀样。 Photonnck计算得到光子的能量(Ephoton)与光的频率f) nck’sh=6.63×10-34Js光子观点：光的强度(I单个光子的能量(hf) 1eV=1.6x10-ModelsoftheRaisinpuddingmodelofatomsJ.JThomson发现了电子的存在提出原子呈圆球状充斥着正电Rutherford’snuclearmodelof 提出原因J.J.Thompson的模型无法解释α粒子轰击goldfoil时发生的大角度散射(largeanglescattering)现象Rutherford’snuclearmodelof Bohr’satomic 提出原因:根据电磁学理论,Rutherford’smodel的电子绕核运动会发出电磁波(EMwave)电子损失能量从而势能降低运行轨道会越来越低(因为正负电荷之间距离越小电势能越低),最终会一头栽进原子核,但实际并没有发生.Bohr’smodel定态(stationarystate):电子轨道不是任意的⽽是有限制的,电子只能在特定半径(即特定势能)的若⼲个轨道上运动.这种假设被称作轨道量子化 zationoforbit).电子虽然在做绕核运动,能级(energylevel):电子处在离核最近的轨道上时能量最低,这个状态称为基态(groundstate);原子得到能量后(例如通⾼压电电子会被激发到⾼能轨道上(excitedtoahigherlevel),这些状态称为激发态(excitedstate)发射光谱(Emission vs吸收光谱(absorption IonizationAnelectroncangainenoughenergytobecomple removedfromtheatom.PhotoelectricPhotoelectriceffect:TheabilityofphotonsoflighttoknockelectronsfromthesurfaceofsomemetalsKineticEnergyofKmax,3frequency超过临界频率随着intensity增加逸出电子的数量增加电流表有读数 Wave-ParticleDualityandMatterWaveMatterwave等人认为,电磁波既有波动的性质,德布罗意(deBroglie)从理论上提出任何粒子也可能具有波动的性质(物质波,matterwaves),即认为任何物质都同时具有波粒二象性(wave-particledualitydeBroglie提出Matterwave其中p=mv是粒子的动量宏观物体质量⼤,因此波⻓很⼩,微观粒子质量⼩,因此波⻓较⼤,较容易ElectronDiffractionfrom MatterWave对Bohr’sModeldeBroglie认为电子可看作波动稳定的电子轨道应该是使这种波动成为驻波(standingwave)的轨道,驻波的能量才不会耗散.要形成驻波则轨道的圆周长只能是电子波长的整数Compton ComptonComptonCompton认为根据德布罗意方程光具有动量(ph/λ),光子与电子的碰动量守恒,自己也要向另外一个方向散射.同时能量减少,因此散射光频率变小,波长会变大waveparticleCharacteristicsoflightthatindicatelightbehaveslikeaDiffractionInterference⼲涉(例如:Young’sDouble-SlitExperiment杨氏双缝实验Doppler PolarizationCharacteristicsoflightthatindicatelightalsoactsasaBlackbodyRadiation⿊体辐射 PhotoelectricEffect光电效应(byAtomicSpectra原子光谱(byCompton 效应(X-rayProbabilisticdescriptionof的概率高一些,某些时间、某些Schrodinger提出了描述这种概率(wavefunction)SAT2Physics:Lecture10.ModernPhysicsModernPhysicsQuantumphysicsandatomicmodelsNuclearphysics andbindingenergyRadioactivityandnuclearreactionRelativityNewtopicsinPhysicsSub-atomicSub-atomicStructureproton质 neutron中Z:原子序数(atomicnumber)代表质子数(电荷数A质量数(atomicsmass),代表质子+中子数(质量数Isotope质子数相同StabilityStabilityU-238有92个质子146个中子 andbindingStrong 核力质子-质子中子-中子质子-中子核力的强度比电磁力要强这样才能抵消原子核中质子的斥力,使原子核稳定存在.因此核力叫“强”作用力.核力的性质在较近时是斥力在较远时是引力万有引力和库仑力都与距离平方成反比,但核力不满足InverseSquareLaw.核力的范围10-15m(有效范围很小Quark(1)质子和中子都由3Bindingenergy结合 结合能(binding结合能来源于质量亏损(mass质能方程(Einstein’smass-energyE=Radioactivityandnuclearα衰变(Alphadecay)放出αparticle(Helium β-衰变(Betadecay):电子

β+衰变(Beta+decay):正电子 decay):放出电磁波

质量数和电荷数守恒,

𝟐𝟒𝑵𝒂→𝟐𝟒𝑴𝒈

β衰变放出的电子来自原子核内,光电效应放出的电子是核外电子,γγ衰变放出的光子,能量

∗→𝟗𝟗𝑻𝒄+电子跃迁(electrontransition)放出的光子,能量来自Anti-particle正电子(Positron)是电子(electron)的反粒子(anti-正电子带1个单位正电荷,拥有与电子一样的质量湮灭(annihilation),产生两湮灭过程能量守恒hf=mc2湮灭过程动量守恒：光子对的总动量= 子等

Neutrino伴随着β衰变(以及很多其他核反应会放出中微子中微子不带电质量轻(小于电子的百万分之一中微子以接近光速运动Fission较重原子核

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