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1、第十六讲 近代物理对这部知识的复习建议：量子论初步原子核相对论经典物理与近代物理 这部知识的特点：识记性的、定性的概念多，定量的计算少，但繁。多看教材，看图说话，该记的记住知道总比不知道好！知识构造光电效应光子说光 具 有波 粒 二象性粒子性原子的核式构造粒 子散射原子核的人工转变、三种射线原子核的衰变原子核的组成天然放射景象原子核量子论初步玻 尔 原 子模型 能级光的动摇性物质波核能质能联络方程 E=mc2质量亏损轻核聚变重核裂变第二十一章 量子论初步一、光电效应1.景象：在光的照射下从物体外在光的照射下从物体外表表发射出射出电子的景象子的景象 例1. 实验中，在弧光灯与锌板间参与一块厚的透
2、明玻璃板时，发现验电器指针不会发生偏转，那么根据所学知识，他对于该实验能作出的推断是 A用可见光照射锌板，验电器指针会发生偏转 B用弧光灯照射锌板时，使锌板产生光电效应的是其中的紫外线成份 C厚的透明玻璃板能吸收紫外线 D使验电器指针发生偏转的是正电荷2.光电效应的规律： 任何一种金属都有一个极限频率0； 光电子的最大初动能只随入射光的频率的增大而增大； 光电子的发射几乎是瞬时的，普通不超越10-9s； 当0时，光电流的强度与入射光的强度成正比 实验研讨阐明 3光子说 光电效应方程爱因斯坦于爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光年提出，在空间传播的光不是延续的，而是一份一份的，每一份叫不是延
3、续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，比， ，h叫普朗克恒量叫普朗克恒量 光光电效效应方程：方程：式中光光电子的最大初子的最大初动能能 表示某种金属逸出功表示某种金属逸出功 0例 如图21-4所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零，合上开关，调理滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零由此可知阴极资料的逸出功为 (A)1.9eV (B)0.6 eV (C) 2.5 eV (D) 3.1 eVSEVA二、光的波
4、粒二象性 物质波1光的波粒二象性干涉干涉干涉干涉衍射衍射衍射衍射景象景象景象景象 动摇性动摇性 光的光的光的光的康普顿效应康普顿效应 光电效应光电效应光压光压粒子性粒子性光具有波光具有波粒二象性粒二象性个个别光子的行光子的行为表表现出粒子性出粒子性 大量光子的行大量光子的行为表表现出出动摇性性康普顿效应：康普顿效应：碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后电子电子A. = . 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为为射射线线、b为为射射线线Ba为为射射线线、b为为射射线线Cb为为射射线线、c为为射射线线Db为为射射线线、c为为射射线线种种类组成成粒子粒子衰衰变方程方程出射出射
5、速度速度贯穿穿身手身手电离离才干才干射射线氦核氦核约c/10弱弱很很强强射射线电子子接近接近c较强强较弱弱射射线光子光子伴随伴随或或射射线产生生c最最强强很小很小三种不同射线性质的比较： 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转变为新核的新核的变化叫做原子核的衰化叫做原子核的衰变电荷数电荷数质量数质量数守恒守恒2原子核衰变原子核衰变 的半衰期的半衰期 某种放射性元素的原子核有半数某种放射性元素的原子核有半数发生衰生衰变所需的所需的时间，称，称为这种元素的半衰期种元素的半衰期衰衰变规律可用如下公式表示：律可用如下公式表示：或或 半衰期是一个半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而放射
6、性元素的大量原子核而言的言的统计概念概念 半衰期的半衰期的长短由核内部的要素决短由核内部的要素决议,跟原跟原子所子所处的物理或化学形状无关的物理或化学形状无关3放射性的运用与防护放射性的运用与防护运用：运用： 1利用它放射出的射利用它放射出的射线， 如如射射线探探伤等等 2做做为示踪原子，如确定示踪原子，如确定肿瘤的部位和范瘤的部位和范围过量的放射性量的放射性对人体有人体有损伤，应把放射源放在重金属箱内，把放射源放在重金属箱内，尽能尽能够远离放射源离放射源防防护：放射性物质的放射性物质的国际通用标志国际通用标志三、核反响三、核反响 核能核能1核反响核反响原子核在其他粒子的原子核在其他粒子的轰击
7、下下产生新原子核生新原子核的的过程，称程，称为核反响核反响质量数和核量数和核电荷数守恒荷数守恒发现中子发现中子发现质子发现质子2核能核能 核反响中放出的能量称为核能核反响中放出的能量称为核能.如如 光子能量光子能量2.2MeV质量亏损质量亏损 质能方程质能方程 Emc2 Emc2 释放核能释放核能 释放核能的有效途径？放核能的有效途径？重核裂变重核裂变 轻核聚变轻核聚变0ZA核子平均质量核子平均质量BCFED重核裂重核裂变轻核聚核聚变经典物理与近代物理经典物理与近代物理 物理学研物理学研讨的的对象：象： 思思想想方方法法物物质根本构造根本构造相互作用相互作用运运动规律律实验手手段段高中物理课程
8、高中物理课程 近代物理初步近代物理初步 力学力学 热学热学 电磁学电磁学 光学光学经典物理典物理19世世纪纪以前以前 宏宏观低速低速 相对论量子量子论 原子核原子核19世纪末世纪末20世纪初世纪初微观微观高速高速 实际和实际阐明：实际和实际阐明：但守恒定律依然适用，如但守恒定律依然适用，如动量守恒、能量守恒、能量守恒、量守恒、电荷守恒等荷守恒等在高中物理中，作在高中物理中，作为一些特例，在一些特例，在经典典实际中的一些物理模型在微中的一些物理模型在微观领域仍近似有域仍近似有效如效如粒子散射粒子散射实验、原子核衰、原子核衰变等。等。实践践就是就是讨论带电粒子在粒子在电磁磁场中的运中的运动。经典物
9、理典物理实际在微在微观领域不适用域不适用例例4、一个、一个铀核衰核衰变为钍核核时释放出一个放出一个粒子知粒子知铀核的核的质量量为3.85313110-25千克，千克，钍核的核的质量量为3.78656710-25千克，千克，粒子的粒子的质量量为6.6467210-27千克千克1在在这个衰个衰变过程中程中释放出的能量等于多放出的能量等于多少焦？少焦？(保管两位数字保管两位数字)2设上述衰上述衰变是在一是在一边境境为圆形的半径形的半径R=0.2m的匀的匀强磁磁场中中发生的，且衰生的，且衰变前前铀核核静止于静止于圆心，衰心，衰变过程中程中释放出的能量都放出的能量都转化化为动能欲使衰能欲使衰变产物物钍核
10、和核和粒子均不粒子均不飞出出磁磁场，那么，那么该磁磁场的磁感的磁感强度度B至少多大？至少多大？ 解：解：1 设钍核核质量量为M，粒子的粒子的质量量为m，由由动量守恒和能量守恒得量守恒和能量守恒得 vVTrR题后后评说通常通常发生生衰衰变时还伴随着放出光子，伴随着放出光子，这样衰衰变发生生时粒子与反冲核的粒子与反冲核的动量大小相等，方向相量大小相等，方向相反就不成立，衰反就不成立，衰变时由于由于质量量亏损而而释放的核能放的核能也不也不仅是是转化化为粒子与反冲核的粒子与反冲核的动能，由于光能，由于光子也具有能量和子也具有能量和动量因此上述量因此上述计算只是近似的算只是近似的简化化处置置题后评说：题
11、后评说： 例6、两氘核发生聚变反响：知：mD=2.0u，mHe=3.0150u，mn=1.0087u(1)求核反响中释放的核能(2)假设两氘核以相等的动能0.35MeV进展对心碰撞，假设核能全部转化为粒子的动能，求反响中产生的中子和氦核的动能(3假设反响中产生的氦核沿直线向原子来静止的碳核 接近，受库仑力的影响，当它们间隔最近时，两个原子核的动能各是多少？质量1u对应的能量为931.5MeV解：氘核氘核p p+氦核中子+碳核+设最接设最接近时共近时共同速度同速度为为V+碳核氦核中子+ 例5、太阳现正处于主序星演化阶段它主要是由电子和、 等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反响，核反响方
12、程是 释放的核能，这些核能最后转化为辐射能根据目前关于恒星演化的实际，假设由于聚变反响而使太阳中的 核数目从现有数减少10，太阳将分开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段为了简化，假定目前太阳全部由电子和 核组成，太阳的质量M21030 kg 1知质子质量mp1.67261027 kg， 质量m6.64581027 kg，电子质量 me0.91030 kg，光速c3108 m/s求每发生一次题中所述的核聚变反响所释放的核能 2又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒经过的太阳辐射能w1.35103 W/m2，日地中心的间隔r1.51011 m试估算太阳继续坚持在主序星阶段还有多少年的寿命估算结果只需求一位有效数字解：日rE=4.210-12t=3.217s
