《近代物理》ppt課件

1、量子論初步原子核相對(duì)論經(jīng)典物理與近代物理 多看教材，看圖說話，該記的記住知道總比不知道好！光電效應(yīng)光子說光 具 有波 粒 二象性粒子性原子的核式構(gòu)造 粒 子散射原子核的人工轉(zhuǎn)變、三種射線原 子 核的衰變?cè)雍说慕M成天然放射景象原子核量子論初步玻 爾 原 子模型 能級(jí)光的動(dòng)搖性物質(zhì)波核能質(zhì)能聯(lián)絡(luò)方程 E=mc2質(zhì)量虧損輕核聚變重核裂變第二十一章 量子論初步一、光電效應(yīng)1.景象：在光的照射下從物體外在光的照射下從物體外表發(fā)射出電子的景象表發(fā)射出電子的景象 例1. 實(shí)驗(yàn)中，在弧光燈與鋅板間參與一塊厚的透明玻璃板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么根據(jù)所學(xué)知識(shí)，他對(duì)于該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏鞒龅耐茢嗍?A用可見光照

2、射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B用弧光燈照射鋅板時(shí)，使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是其中的紫外線成份 C厚的透明玻璃板能吸收紫外線 D使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷2.光電效應(yīng)的規(guī)律： 任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率0； 光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率的增大而增大； 光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，普通不超越10-9s； 當(dāng)0時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比 實(shí)驗(yàn)研討闡明 hE 光電效應(yīng)方程：光電效應(yīng)方程：WhEK式中KE光電子的最大初動(dòng)能光電子的最大初動(dòng)能 W表示某種金屬逸出功表示某種金屬逸出功 KE0W0W0例 如圖21-4所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀

3、數(shù)不為零，合上開關(guān)，調(diào)理滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零由此可知陰極資料的逸出功為 (A)1.9eV (B)0.6 eV (C) 2.5 eV (D) 3.1 eVSEVAhE ph康普頓效應(yīng)：康普頓效應(yīng)：碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后電子電子hhA. = . 83 都有放射性都有放射性 Z83有的也具有放射性有的也具有放射性Aa為為射線、射線、b為為射線射線Ba為為射線、射線、b為為射線射線Cb為為射線、射線、c為為射線射線Db為為射線、射線、c為為射線射線種類種類組成組成粒子粒子衰變方程衰變方程出射出射速度速度貫穿

4、貫穿身手身手電離電離才干才干射線射線氦核氦核約約c/10弱弱很強(qiáng)很強(qiáng)射射線線電子電子接近接近c(diǎn)較強(qiáng)較強(qiáng)較弱較弱射射線線光子光子伴隨伴隨或或射線射線產(chǎn)生產(chǎn)生c最強(qiáng)最強(qiáng)很小很小eYX01A1ZAZHeYX424A2ZAZ三種不同射線性質(zhì)的比較： 原子核由于放出原子核由于放出粒子或粒子或粒子而粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ冝D(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ冸姾蓴?shù)電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)守恒守恒2原子核衰變?cè)雍怂プ?的半衰期的半衰期 某種放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰某種放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，稱為這種元素的半衰期變所需的時(shí)間，稱為這種元素的半衰期衰變規(guī)律可用如下公式表示：衰變規(guī)

5、律可用如下公式表示：tNN)21(0或或 tmm)21(0 半衰期是一個(gè)對(duì)放射性元素的大量原子核而半衰期是一個(gè)對(duì)放射性元素的大量原子核而言的統(tǒng)計(jì)概念言的統(tǒng)計(jì)概念 半衰期的長(zhǎng)短由核內(nèi)部的要素決議半衰期的長(zhǎng)短由核內(nèi)部的要素決議,跟原跟原子所處的物理或化學(xué)形狀無關(guān)子所處的物理或化學(xué)形狀無關(guān)3放射性的運(yùn)用與防護(hù)放射性的運(yùn)用與防護(hù)運(yùn)用：運(yùn)用： 1利用它放射出的射線，利用它放射出的射線， 如如射線探傷等射線探傷等 2做為示蹤原子，如確定做為示蹤原子，如確定腫瘤的部位和范圍腫瘤的部位和范圍過量的放射性對(duì)人體有損傷，過量的放射性對(duì)人體有損傷，應(yīng)把放射源放在重金屬箱內(nèi)，應(yīng)把放射源放在重金屬箱內(nèi)，盡能夠遠(yuǎn)離放射源

6、盡能夠遠(yuǎn)離放射源防護(hù)：防護(hù)：放射性物質(zhì)的放射性物質(zhì)的國(guó)際通用標(biāo)志國(guó)際通用標(biāo)志三、核反響三、核反響 核能核能1核反響核反響原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反響的過程，稱為核反響質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒nCHeBe101264294發(fā)現(xiàn)中子發(fā)現(xiàn)中子HOHeN1117842147發(fā)現(xiàn)質(zhì)子發(fā)現(xiàn)質(zhì)子2核能核能 核反響中放出的能量稱為核能核反響中放出的能量稱為核能.如如 HnH211011光子能量光子能量2.2MeV質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損 DnPmmmm)(質(zhì)能方程質(zhì)能方程 Emc2 Emc2 釋放核能釋放核能 釋放核能的有效途徑？釋放核能的

7、有效途徑？重核裂變重核裂變 輕核聚變輕核聚變nKBnUra14156102359210923630ZA核子平均質(zhì)量核子平均質(zhì)量BCFED重核裂變重核裂變輕核聚變輕核聚變nHHHe42312110經(jīng)典物理與近代物理經(jīng)典物理與近代物理 物理學(xué)研討的對(duì)象：物理學(xué)研討的對(duì)象： 思思想想方方法法物質(zhì)物質(zhì)根本構(gòu)造根本構(gòu)造相互作用相互作用運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)手手段段高中物理課程高中物理課程 近代物理初步近代物理初步 力學(xué)力學(xué) 熱學(xué)熱學(xué) 電磁學(xué)電磁學(xué) 光學(xué)光學(xué)經(jīng)典物理經(jīng)典物理19世紀(jì)以前世紀(jì)以前 宏觀宏觀低速低速 相對(duì)論量子論量子論 原子核原子核19世紀(jì)末世紀(jì)末20世紀(jì)初世紀(jì)初微觀微觀高速高速 實(shí)際和實(shí)際

8、闡明：實(shí)際和實(shí)際闡明：但守恒定律依然適用，如動(dòng)量守恒、能但守恒定律依然適用，如動(dòng)量守恒、能量守恒、電荷守恒等量守恒、電荷守恒等在高中物理中，作為一些特例，在經(jīng)典實(shí)際在高中物理中，作為一些特例，在經(jīng)典實(shí)際中的一些物理模型在微觀領(lǐng)域仍近似有中的一些物理模型在微觀領(lǐng)域仍近似有效如效如粒子散射實(shí)驗(yàn)、原子核衰變等。實(shí)踐粒子散射實(shí)驗(yàn)、原子核衰變等。實(shí)踐就是討論帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。就是討論帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)典物理實(shí)際在微觀領(lǐng)域不適用經(jīng)典物理實(shí)際在微觀領(lǐng)域不適用例例4、一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)、一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)粒子知鈾核的質(zhì)量為粒子知鈾核的質(zhì)量為3.85313110-25千

9、克，千克，釷核的質(zhì)量為釷核的質(zhì)量為3.78656710-25千克，千克，粒子的粒子的質(zhì)量為質(zhì)量為6.6467210-27千克千克1在這個(gè)衰變過程中釋放出的能量等于多在這個(gè)衰變過程中釋放出的能量等于多少焦？少焦？(保管兩位數(shù)字保管兩位數(shù)字)2設(shè)上述衰變是在一邊境為圓形的半徑設(shè)上述衰變是在一邊境為圓形的半徑R=0.2m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生的，且衰變前鈾核的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生的，且衰變前鈾核靜止于圓心，衰變過程中釋放出的能量都轉(zhuǎn)化靜止于圓心，衰變過程中釋放出的能量都轉(zhuǎn)化為動(dòng)能欲使衰變產(chǎn)物釷核和為動(dòng)能欲使衰變產(chǎn)物釷核和粒子均不飛出粒子均不飛出磁場(chǎng)，那么該磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度磁場(chǎng)，那么該磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B至少多大？至少

10、多大？ JmcE1321078. 解：解：1 設(shè)釷核質(zhì)量為設(shè)釷核質(zhì)量為M，粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為m，由動(dòng)量守恒和能量守恒得由動(dòng)量守恒和能量守恒得 222121MVmvEMVmvEmMMmv221m/sv710601 .vVTrRqBmvrrvmqvB245290qqrrTTTqRmvBqBmvRr3322.通常發(fā)生通常發(fā)生衰變時(shí)還伴隨著放出光子，這樣衰變衰變時(shí)還伴隨著放出光子，這樣衰變發(fā)生時(shí)發(fā)生時(shí)粒子與反沖核的動(dòng)量大小相等，方向相粒子與反沖核的動(dòng)量大小相等，方向相反就不成立，衰變時(shí)由于質(zhì)量虧損而釋放的核能反就不成立，衰變時(shí)由于質(zhì)量虧損而釋放的核能也不僅是轉(zhuǎn)化為也不僅是轉(zhuǎn)化為粒子與反沖核的動(dòng)能

11、，由于光粒子與反沖核的動(dòng)能，由于光子也具有能量和動(dòng)量因此上述計(jì)算只是近似的子也具有能量和動(dòng)量因此上述計(jì)算只是近似的簡(jiǎn)化處置簡(jiǎn)化處置題后評(píng)說：題后評(píng)說： 例6、兩氘核發(fā)生聚變反響：n10e322121HHH知：mD=2.0u，mHe=3.0150u，mn=1.0087u(1)求核反響中釋放的核能(2)假設(shè)兩氘核以相等的動(dòng)能0.35MeV進(jìn)展對(duì)心碰撞，假設(shè)核能全部轉(zhuǎn)化為粒子的動(dòng)能，求反響中產(chǎn)生的中子和氦核的動(dòng)能(3假設(shè)反響中產(chǎn)生的氦核沿直線向原子來靜止的碳核 接近，受庫(kù)侖力的影響，當(dāng)它們間隔最近時(shí)，兩個(gè)原子核的動(dòng)能各是多少？C126質(zhì)量1u對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV解：n10e322121HHH

12、氘核氘核p p+氦核中子+碳核nHeDmmmm2MeV26. 32mcE0HennnvmvmMeV26. 3MeV35. 0221212nn2HeHevmvmMeV1kHeEMeV0 . 3knE+設(shè)最接設(shè)最接近時(shí)共近時(shí)共同速度同速度為為V+碳核氦核中子+HeHeHe)(vmVmmCHe51vV MeV04. 021251212HeHe2HevmVmMeV16. 021254212HeHe2CvmVm 例5、太陽(yáng)現(xiàn)正處于主序星演化階段它主要是由電子和、 等原子核組成.維持太陽(yáng)輻射的是它內(nèi)部的核聚變反響，核反響方程是 釋放的核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的實(shí)際，假設(shè)由于聚變反響而使太陽(yáng)中的 核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10，太陽(yáng)將分開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段為了簡(jiǎn)化，假定目前太陽(yáng)全部由電子和 核組成，太陽(yáng)的質(zhì)量M21030 kg He42H11H11H11 1知質(zhì)子質(zhì)量mp1.67261027 k