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

SAT2Physics:Lecture9.ModernPhysicsModernPhysicsQuantumphysicsandatomicmodelsPhotonandPhotoelectricEffectModelsoftheatomProbabilisticdescriptionofmatter(書上沒有NuclearphysicsRelativityContemporaryphysicsPhotonandPhotoelectric復(fù)習(xí)Electromagnetic連續(xù)光譜(continuous 的光可折射成紅-橙-黃-綠-青-藍(lán)-紫等沒有明顯分界線的光譜這類光譜稱為連續(xù)光譜(continuousspectrum)Particlenatureof),光的強(qiáng)度是連續(xù)的(continuousamounts然 是?份?份地(specificdiscreteamounts)進(jìn)?的。 荷量存在元電荷(elementarycharge)?樣。 Photonnck計算得到光子的能量(Ephoton)與光的頻率f) nck’sh=6.63×10-34Js光子觀點(diǎn)：光的強(qiáng)度(I單個光子的能量(hf) 1eV=1.6x10-ModelsoftheRaisinpuddingmodelofatomsJ.JThomson發(fā)現(xiàn)了電子的存在提出原子呈圓球狀充斥著正電Rutherford’snuclearmodelof 提出原因J.J.Thompson的模型無法解釋α粒子轟擊goldfoil時發(fā)生的大角度散射(largeanglescattering)現(xiàn)象Rutherford’snuclearmodelof Bohr’satomic 提出原因:根據(jù)電磁學(xué)理論,Rutherford’smodel的電子繞核運(yùn)動會發(fā)出電磁波(EMwave)電子損失能量從而勢能降低運(yùn)行軌道會越來越低(因?yàn)檎?fù)電荷之間距離越小電勢能越低),最終會一頭栽進(jìn)原子核,但實(shí)際并沒有發(fā)生.Bohr’smodel定態(tài)(stationarystate):電子軌道不是任意的?是有限制的,電子只能在特定半徑(即特定勢能)的若?個軌道上運(yùn)動.這種假設(shè)被稱作軌道量子化 zationoforbit).電子雖然在做繞核運(yùn)動,能級(energylevel):電子處在離核最近的軌道上時能量最低,這個狀態(tài)稱為基態(tài)(groundstate);原子得到能量后(例如通?壓電電子會被激發(fā)到?能軌道上(excitedtoahigherlevel),這些狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)(excitedstate)發(fā)射光譜(Emission vs吸收光譜(absorption IonizationAnelectroncangainenoughenergytobecomple removedfromtheatom.PhotoelectricPhotoelectriceffect:TheabilityofphotonsoflighttoknockelectronsfromthesurfaceofsomemetalsKineticEnergyofKmax,3frequency超過臨界頻率隨著intensity增加逸出電子的數(shù)量增加電流表有讀數(shù) Wave-ParticleDualityandMatterWaveMatterwave等人認(rèn)為,電磁波既有波動的性質(zhì),德布羅意(deBroglie)從理論上提出任何粒子也可能具有波動的性質(zhì)(物質(zhì)波,matterwaves),即認(rèn)為任何物質(zhì)都同時具有波粒二象性(wave-particledualitydeBroglie提出Matterwave其中p=mv是粒子的動量宏觀物體質(zhì)量?,因此波?很?,微觀粒子質(zhì)量?,因此波?較?,較容易ElectronDiffractionfrom MatterWave對Bohr’sModeldeBroglie認(rèn)為電子可看作波動穩(wěn)定的電子軌道應(yīng)該是使這種波動成為駐波(standingwave)的軌道,駐波的能量才不會耗散.要形成駐波則軌道的圓周長只能是電子波長的整數(shù)Compton ComptonComptonCompton認(rèn)為根據(jù)德布羅意方程光具有動量(ph/λ),光子與電子的碰動量守恒,自己也要向另外一個方向散射.同時能量減少,因此散射光頻率變小,波長會變大waveparticleCharacteristicsoflightthatindicatelightbehaveslikeaDiffractionInterference?涉(例如:Young’sDouble-SlitExperiment楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)Doppler PolarizationCharacteristicsoflightthatindicatelightalsoactsasaBlackbodyRadiation?體輻射 PhotoelectricEffect光電效應(yīng)(byAtomicSpectra原子光譜(byCompton 效應(yīng)(X-rayProbabilisticdescriptionof的概率高一些,某些時間、某些Schrodinger提出了描述這種概率(wavefunction)SAT2Physics:Lecture10.ModernPhysicsModernPhysicsQuantumphysicsandatomicmodelsNuclearphysics andbindingenergyRadioactivityandnuclearreactionRelativityNewtopicsinPhysicsSub-atomicSub-atomicStructureproton質(zhì) neutron中Z:原子序數(shù)(atomicnumber)代表質(zhì)子數(shù)(電荷數(shù)A質(zhì)量數(shù)(atomicsmass),代表質(zhì)子+中子數(shù)(質(zhì)量數(shù)Isotope質(zhì)子數(shù)相同StabilityStabilityU-238有92個質(zhì)子146個中子 andbindingStrong 核力質(zhì)子-質(zhì)子中子-中子質(zhì)子-中子核力的強(qiáng)度比電磁力要強(qiáng)這樣才能抵消原子核中質(zhì)子的斥力,使原子核穩(wěn)定存在.因此核力叫“強(qiáng)”作用力.核力的性質(zhì)在較近時是斥力在較遠(yuǎn)時是引力萬有引力和庫侖力都與距離平方成反比,但核力不滿足InverseSquareLaw.核力的范圍10-15m(有效范圍很小Quark(1)質(zhì)子和中子都由3Bindingenergy結(jié)合 結(jié)合能(binding結(jié)合能來源于質(zhì)量虧損(mass質(zhì)能方程(Einstein’smass-energyE=Radioactivityandnuclearα衰變(Alphadecay)放出αparticle(Helium β-衰變(Betadecay):電子

β+衰變(Beta+decay):正電子 decay):放出電磁波

質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,

????????→????????

β衰變放出的電子來自原子核內(nèi),光電效應(yīng)放出的電子是核外電子,γγ衰變放出的光子,能量

?→????????+電子躍遷(electrontransition)放出的光子,能量來自Anti-particle正電子(Positron)是電子(electron)的反粒子(anti-正電子帶1個單位正電荷,擁有與電子一樣的質(zhì)量湮滅(annihilation),產(chǎn)生兩湮滅過程能量守恒hf=mc2湮滅過程動量守恒：光子對的總動量= 子等

Neutrino伴隨著β衰變(以及很多其他核反應(yīng)會放出中微子中微子不帶電質(zhì)量輕(小于電子的百萬分之一中微子以接近光速運(yùn)動Fission較重原子核

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