若干近代物理問(wèn)題中學(xué)課程里一、光電效應(yīng)與康普頓散射

1.在光電伏安特性曲線(xiàn)中,當(dāng)外電壓稍微正于遏止電壓–V0時(shí),光電流為什么不垂直地上升到它的飽和值?

如果光子能量距紅限不遠(yuǎn),光電子能量差別不大,但方向有分布。電極形狀的影響：2.為什么入射光子是單色的，射出的電子有能量分布？溫度影響不大：常溫102K~10–2eV

逸出功~eV

>>kT

當(dāng)光子能量大于逸出功很多時(shí)，有可能將金屬中導(dǎo)帶里費(fèi)米面以下較深的電子打出來(lái)，形成較寬的速率分布。

金屬內(nèi)部的電子到達(dá)表面前曾因碰撞而損失能量？

有時(shí)把光電效應(yīng)中電子也稱(chēng)為自由電子,這與康普頓散射中的自由電子的概念是不同的。在光電效應(yīng)中的電子是金屬導(dǎo)帶中電子，在金屬中不束縛于任何原子，是公有化的。但它們卻束縛在金屬內(nèi)部，只有獲得一定的能量才能從金屬中逸出。

說(shuō)參與康普頓散射的電子是自由電子，因?yàn)樗鼈兣c靶物質(zhì)的結(jié)合能遠(yuǎn)小于X射線(xiàn)光子的能量，可以忽略不計(jì)。

光子與自由電子碰撞，若電子只吸收而不發(fā)射光子，將違背能量和動(dòng)量守恒。光電效應(yīng)中電子束縛于金屬，將動(dòng)量傳遞給整個(gè)金屬陰極，只吸收而不發(fā)射光子不會(huì)違背能量和動(dòng)量守恒。

3.在光電效應(yīng)中電子可以只吸收而不發(fā)射光子,為什么在康普頓散射中的電子不能？

4.可以用可見(jiàn)光進(jìn)行康普頓散射實(shí)驗(yàn)嗎？康普頓散射的散射光與入射光的波長(zhǎng)差是固定的

C=0.00241nm.若用可見(jiàn)光做康普頓散射實(shí)驗(yàn),一方面光子與電子的結(jié)合能同量級(jí),電子不能看成是自由的；其次,散射光的波長(zhǎng)差比入射光小五個(gè)數(shù)量級(jí),無(wú)法分辨。所以不能用可見(jiàn)光做康普頓散射實(shí)驗(yàn)。二、波粒二象性

德布羅意波(1924)海森伯不確定度關(guān)系

海森伯不確定度關(guān)系

=>粒子被禁錮的空間范圍越小，其動(dòng)量和能量就越高。

例如，若電子禁錮在原子核內(nèi)(x

~

10–14m),則

Ek=cp

~

18MeV

m

ec

2=0.5MeV，

電子不可能在核內(nèi)穩(wěn)定存在。位置與速度不能同時(shí)確定，就不能談軌跡。電視機(jī)顯像管里電子的軌跡，威耳孫云室顯示質(zhì)子的徑跡，是什么意思？如果允許x

10

–9m，電子速度不確定度v

10

5m/s，設(shè)電子能量~100eV,v

~610

6m/s，v

v,可忽略。于是可以近似地有“軌跡”的概念。對(duì)于質(zhì)子，v

小三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，更沒(méi)有問(wèn)題。

電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

思想實(shí)驗(yàn)(gedankenexperiment)

(1)子彈雙縫實(shí)驗(yàn)

概率P12(x)=P1(x)+P2(x)(2)水波雙縫實(shí)驗(yàn)

縫1和縫2單獨(dú)開(kāi)放時(shí)的強(qiáng)度

I1(x)=A1*(x)A1(x)=A1(x)2

I2(x)=A2*(x)A2(x)=A2(x)2

兩縫同時(shí)開(kāi)放時(shí)的強(qiáng)度

I12=A1(x)+A2(x)2=A1(x)2+A2(x)2+2A1(x)A2(x)cos[φ1(x)+2(x)]=I1(x)+I2(x)+2I1(x)I2(x)cos[φ1(x)+φ2(x)](3)電子雙縫實(shí)驗(yàn)

單個(gè)電子的落點(diǎn)似乎是隨機(jī)的；大量電子長(zhǎng)時(shí)間的平均有確定的概率分布：P12(x)≠P1(x)+P2(x)有干涉條紋1976年Merli等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

P.G.Merli,G.F.Missiroli,G.Pozzi,

Am.J.Phys.,44(1976),306.

追蹤電子！

(R.Feynman)設(shè)法不干擾電子(1)減弱光源電子漏網(wǎng)(2)降低頻率衍射斑重疊只發(fā)射一個(gè)