赵凯华：中学课程里若干近个物理问题.ppt

若干近代物理问题 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? 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。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 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、波粒二象性 德布罗意波(1924) 海森伯不确定度关系 海森伯不确定度关系  = 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 ~ 10–14 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 ~ 6?10 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 experiment)(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 [φ1(x) +2(x) ] = I1(x) + I2(x) + 2 I1(x) I2(x) cos [φ1(x) +φ2(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 (2)降低频率 衍射斑重叠 只发射一个光子，D1和D2各接收到半个光子？ 否！ D1和D2各有1/2概率接收一个光子， 从来没有半个光子。 哪条路探测器退相干原理 以正交偏振片做杨氏双缝 干涉实验的 哪条路探测器 * 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