高二物理競賽狹義相對論和量子光學課件

一、狹義相對論1、愛因斯坦的兩個基本原理2、時空坐標變換3．狹義相對論的時空觀①同時的相對性2②③4．狹義相對論動力學①②

③④

⑤

5、求粒子速度的方法3（1）

（2）

（3）

（4）

二、量子光學基礎1、熱輻射（1）絕對黑體:在任何溫度下對任何波長的輻射都能完全吸收的物體。吸收比：反射比：42、基爾霍夫定律（1）斯特藩-玻爾茲曼定律

：單色輻射出射度：輻出度，單位時間單位面積輻射的能量3、普朗克假設

（2）唯恩位移定律4、光電效應（1）光電效應的實驗定律：

a、b、c、紅限頻率

（2）光電效應方程66、光子的能量、質(zhì)量和動量5、康普頓公式7三、原子的量子理論1、玻爾的氫原子理論（1）兩個實驗基礎，經(jīng)驗公式（2）三條基本假設定態(tài)，

（3）兩條基本公式

82、德布羅意波

電子波波長

微觀粒子的波長：3、測不準關系

為什么有？波函數(shù)波函數(shù)的統(tǒng)計意義：幾率波，幾率密度：波函數(shù)的性質(zhì)單值、有限、連續(xù)一、在一慣性系中一粒子具有動量6Mev/c（c為光速），若粒子總能量E＝10Mev，計算在該系中（1）粒子的運動速度；2）粒子的運動動能。一、解：1111二、介子是一種不穩(wěn)定粒子，平均壽命是（在與它相對靜止的參照系中測得）。（1）如果此粒子相對于實驗室以0.8c的速度運動，那么實驗室參照系中測量介子的壽命為多長？（2）介子在衰變前運動了多長距離？11二、解：（1）根據(jù)題意，其固有壽命據(jù)時間膨脹效應，實驗室測得介子壽命應為（2）衰變前運動的距離12三、靜止質(zhì)量為m0、靜止體積為V0的正方體，沿其一邊方向以速度（c為真空中的光速）相對于地面運動。試求：（1）地面上測得其運動質(zhì)量和運動密度分別為多少；（2）總能量為多少；（3）物體的動能為多少倍靜能。12三、解：（1）（2）（3）四、某加速器把質(zhì)子加速到76GeV的動能。求：（1）加速后質(zhì)子的質(zhì)量；2）加速后質(zhì)子的動量。四、解：1414五、（1）一粒子的靜質(zhì)量為m0，粒子的速率為kc(k<1),問粒子的運動質(zhì)量是靜質(zhì)量的多少倍？（2）若一運動粒子質(zhì)量為其靜質(zhì)量m0的k倍，求該粒子的總能量、動能和動量。五、解（1）（2）15六、一初速為零的電子，在靜電場中經(jīng)電勢差為10MV的電場區(qū)域加速后，（1）電子速度大小是多少？（2）電子的質(zhì)量為其靜質(zhì)量的多少倍？六、解：（1）根據(jù)動能定理，電子在電場中加速后具有動能（2）16七、若把能量給予電子，且電子垂直于磁場運動，則其運動徑跡是半徑為2.0cm的圓。問：（1）該磁場的磁感應強度B為多大？（2）這電子的動質(zhì)量為靜質(zhì)量的多少倍？七、解：（1）電子作圓周運動向心力由洛倫茲力提供，則（2）由相對論質(zhì)能關系，可得17八、若一電子的總能量為5.1MeV，求該電子的靜能、動能、動量和速率。解：由相對論中的相關公式，得電子的靜能為電子的動能電子的動量由相對論的總能量公式電子速率18九、已知地球到太陽的距離是，太陽的直徑為，太陽表面的溫度為T=6000K。如果將太陽看成為絕對黑體，問在地球表面受陽光垂直照射時每平方米的面積上每秒中得到輻射能量是多少？九、解：太陽每秒鐘所發(fā)出的總能量為在地球表面上，受太陽垂直照射處，每平方米的面積上每秒鐘所得到的輻射能為19十、宇宙大爆炸遺留在宇宙空間均勻背景熱輻射相當于T=3K輻射。（1）此輻射的單色輻射本領在什么波長下有極大值？（2）地球表面接收此輻射的功率是多大？十、解：（1）由維恩位移定律有（2）由斯忒潘—玻爾茲曼定律有設地球表面接收此輻射的功率為P，則有20十一、（1）溫度為室溫的黑體，其單色輻出度的峰值所對應的波長是多少？（2）若使一黑體單色輻出度的峰值所對應的波長在紅色譜線范圍內(nèi)，其溫度應為多少？（3）以上兩輻出度之比為多少？十一、解（1）由維恩位移定律（2）?。?）由斯特藩—玻爾茲曼定律21十二、用波長4000A的光照射銫感光層，求：（1）銫的紅限頻率；（2）銫的逸出功A；（3）光子的能量；（4）光電子的最大初動能；（5）所放出的光電子速度；（6）遏止電壓。（紅限波長為6600A）21十二、解：22十三、分別計算波長為6000A的紅光和1A的x射線光子的能量和動量。23十四、按玻爾理論，當氫原子處于第一激發(fā)態(tài)時,求：（1）氫原子的總能量；（2）此時電子繞核運動的動能；（3）此時電子繞核運動的角動量；（4）與電子運動相對應的德布羅意波長。十四、解：24十五、求動能均為1MeV的電子和光子的德布羅意波長。十五、解：25十六、一電子以12.0eV的動能轟擊處于基態(tài)的氫原子后發(fā)生散射。求：（1）試確定氫原子所能達到的最高能態(tài)；（2）氫原子由上述最高能態(tài)直接躍遷到基態(tài)，發(fā)出的光子的波長為多大？（3）原子達到最高能態(tài)時，散射電子的物質(zhì)波波長是多少？25所以最高可達n=2的第一激發(fā)態(tài)十六、解：26十七、（1）電子通過寬度a的狹縫,在沿狹縫方向動量分量的最小不確定值為多少？（2）若氫原子某激發(fā)態(tài)能級的寬度為b，則電子處于該能級的平均壽命為多少？十八、一波長為300nm的光子，假定其波長的測量精度為百萬分之一，求該光子位置的測不準量。散射電子動能27十九、（1）處于基態(tài)的氫原子中電子的動能是多大？（2）要使處于第一激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)生電離，至少需要吸收波長多大的光子？（3）氫原子由上述第一激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的頻率為多少？十九、解：（1）（2）（3）二十、（1）用波長λ=80

nm的紫外光線照射基態(tài)氫原子，能否使之電離？用計算說明。（2）若能夠電離，電離出來的電子的初動能有多大？二十、解：（1）紫外光子所以能夠電離（2）

2929二一、動能為2eV的電子，從無窮遠處向著靜止的質(zhì)子運動，最后被質(zhì)子所束縛形成基態(tài)的氫原子，試求：（1）在此過程中放出的光波的波長；（2）此時電子繞質(zhì)子運動的動能；（3）此時電子的德布羅意波長。二一、解：（1）（2）（3）30二二、具有能量為15eV的光子，被氫原子中處于第一玻爾軌道的電子所吸收而形成一光電子。問此光電