PhotoelectricPhotoelectricPhotoelectricPhotoelectriceffect:Theabilityofphotonsoflighttoknockelectronsfromthesurfaceofsomemetals可?光照射鋅板紫外線照射鋅板無電子釋有電子放出(稱為光電子KineticEnergyofKmaxKineticEnergyofKmaxworkfunction(由金屬板的性質決定光的frequency低于臨界頻率光的frequency超過臨界頻率光的frequency超過臨界頻率無論intensity多大都沒有電子逸出隨著frequency增加 隨著intensity增加光電光電效應實電流表有讀數,說明有電子被打出Wave-ParticleWave-ParticleDualityandMatterWave波粒二象性和物質Matterwave物質Matterwave物質愛因斯坦等人認為電磁波既有波動的性質(物質波,matterwaves),即認為任何物質都同時具有(wave-particledualitydeBroglie提出Matterwave其中pmv是粒子的動量宏觀物體質量大,因此波?很?,不容易顯現波動的性微觀粒子質量?,因此波?較大,較容易顯現波動的性電子衍射實驗證明了電子具有波動Sand粒Sand粒波MatterWaveMatterWave對Bohr’sModel的解Bohr認為電子只能在特定軌道上運動,但解釋不了為什么如deBroglie認為電子可看作波動穩定的電子軌道應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倍ComptonComptoneffect康普頓效現象:x-ray照射石墨(graphite)等物質或自由電子(freeelectron)后部分光會發生散射(scattered),散射光的wavelength會變Comptoneffect康普Comptoneffect康普頓效Compton認為根據德布羅意方程光具有動量(ph/λ)光子與電子的碰撞類似于兩個小球的彈性碰撞(elasticcollision),光子把電子撞飛后,為保持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,波長會變大光的波粒光的波粒二象性總結(重要CharacteristicsoflightthatindicatelightbehaveslikeaDiffraction衍Interference干涉(例如:Young’sDouble-SlitExperiment楊氏雙縫實驗Polarization偏CharacteristicsoflightthatindicatelightalsoactsasaBlackbodyRadiation黑體輻射(byPhotoelectricEffect光電效應(byAtomicSpectra原子光譜(byProbabilisticProbabilisticdescriptionof物質的概率描海森堡的海森堡的不確定性原粒子的位置(position)與動量(momentum)不可同時被確定SAT2Physics:SAT2Physics:Lecture10.ModernPhysicsModernPhysicsModernPhysics的主要內Quantumphysicsandatomicmodels量子物理和原子模Nuclearphysics核物structure亞原子結Sub-NuclearforceandbindingenergyNewtopicsinPhysics物理研究的前沿領Sub-atomicSub-atomic亞原子結Sub-atomicStructure亞原Sub-atomicStructure亞原子結proton質neutron中Z:原子序數(atomicnumber),代表質子數(電荷數A:質量數(atomicsmass),代表質子+中子數(質量數質子數相同,中子數不StabilityStability隨著原子序數增大,穩定的原子核內中子數會逐漸超過質子.U-238有92個質子,146個中子NuclearNuclearforceandbinding核力和結合StrongnuclearforceStrongnuclearforce強作用力(核力核力:質子-質子,中子-中子,質子-中子之間都存在的一種核力的強度比電磁力要強這樣才能抵消原子核中質子的斥力,使原子核穩定存在.因此核力叫“強”作用力.核力的性質在較近時是斥力在較遠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以外即可忽略不(有效范圍很?QuarkQuark夸(1)質子和中子都由3個夸克構(2)帶分數電荷(3)不能單獨存Bindingenergy結合Bindingenergy結合結合能(binding代表分散的質子和中子組成單個原子核時，釋放的能量結合能來源于質量虧損(mass核反應中，產物的質量之和?于反應物的質量之和E=虧損的質量轉變成能量釋放出RadioactivityRadioactivityandnuclear放射性和核反三種天然放射現(1)α衰變(Alphadecay)αparticleHelium(2)β-衰變(Betadecay)電子β+衰變(Beta+decay):正電子三種天然放射現(1)α衰變(Alphadecay)αparticleHelium(2)β-衰變(Betadecay)電子β+衰變(Beta+decay):正電子(3)γ-衰變(Gammadecay)放出電磁波(EM?三種天然放射現象說它們都會放出電伴隨發生了中三種天然放射現象說它們都會放出電伴隨發生了中子變質β衰變放出的電子來自原子核內光電效應放出的電子是核外電子,與原子核沒有關γ?它們都會放出光γ衰變放出的光子能量來自原子核電子躍遷(electrontransition)放出的光子,能量來自核外電子勢能降Anti-particle反粒Anti-particle反粒正電子帶1個單位正電荷擁有與電子一樣的質量,湮滅過程能量守恒hfmc2(如反質子反中子等Neutrino中微Neutrino中微伴隨著β衰變(以及很多其他核反應),會放出中微子中微子不帶電質量輕(小于電子的百萬分之一)中微子以接近光速運動中微子與其他物質的相互作用十分微Fission裂較重原子核Fission裂較重原子核→若干較輕原子能量來自質量虧例子原子彈核電Controlrod:absorbsneutronsandstopthereaction,e.g.boron,cadmium.ChainreactionFusion聚例子Fusion聚例子氫彈太若干較輕原子核→較重原子能量來自質量虧裂變與聚變具體方程不需掌IfaIfaneutronwasaddedtoanatomicnucleus,whichofthefollowingquantitywouldchange?I.charge(A)I(D)IIandIIIII.atomic(B)IIIII.atomic(C)III(E)IandIIand相同相同初速度的粒子在電磁場中的運相對TwopostulatesTwopostulates兩個前相對性假設Allthelawsofphysicsarethesameinallinertialreferenceframe(慣性參考系).光速不變假設：Thespeedoflightinvacuumalwayshasthesamevalue,regardlessofthemotionofthesourceortheobserver.4個結論之14個結論之1(不考計算Additionofrelativisticvelocities速度疊v1v1v1v2/速度不超過光速的2個物體,其相對速度永遠不會超過光4個結論之2(不考計4個結論之2(不考計算Thetimedilation時間膨脹跑的越快別人看你越年t1時間的相對性地面上的人感覺飛船上時間進程變慢飛船上的兩個都是對的4個結論之3(不考計算4個結論之3(不考計算Thelengthcontraction長度收縮跑的越快1L動,與他們一起運動的兩位觀察者都會認為對方的桿縮短了.在垂直于運動方向上桿的?度沒有變化水平高速飛的硬幣看起來是橢圓,而不是更小的圓.4個結論之4(不考4個結論之4(不考計算Therelativisticmass相對論質量跑的越快別人覺得你越重m1相對論認為質量會隨著速度增大而增相對性動當一個有靜止質相對性動當一個有靜止質量的物體達到光速,其動能應為無窮大.也就需要無限多的能量才可以將其加速到光速因此,狹義相對論認為有質量的物體無法超光速m1相對論相對論與量子理經典物理(classicalphysics)可以很好地描述低速、宏觀物對于高速運動的物體必須考慮相對論效應對于微觀尺度的物體,必須考慮量子效應NewNewtopicsin物理研究的前沿領AgeoftheAgeofthe100多億Hubblered光的多普勒效應與宇宙膨脹有(explosionofoldstar)氫核聚變完成后重力作用下坍塌隨后爆廣義相對論認為萬有引力不存在實際上是質光在彎曲的空間中會發生偏廣義相對論已被實驗證Black廣義相對論預言超大質量的星體會形成黑StringTheoryStringTheory?前最有希望的大?統理論(theoryof可以統?量子力學和相對認為空間有10維(加上時間共11維溫度低到?定程度,電阻突然消?前的高溫超導也是很低溫(100多Chaos對于復雜系統,初始條件的微?偏差會帶來結果的很大改例子蝴蝶效應天氣預報三體運Newton'slawandNewton'slawandlawofuniversaldeMatter(C)ThehModelsoftheHydrogenWhichofthefollowingstatementaboutsupernovaisItisanewbornItisaItisanoldstarsthathavelargermassthenItisanoldstarsthathavelessmassthenItisveryneartotheAphysicalquantityScanbecalculatedusingtheA10%errorofwhichvariablewillhavethegreatesteffectontheaccuracyof