ch9近代物理的重大发现

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1、Ch9近代物理的重大發現§9-1電子的發現§9-2X射線§9-3量子論§9-4光電效應§9-5康卜吞效應§9-6物質波學說§9-7相對論簡介§9-1電子的發現1.陰極射線:十九世紀末,科學家發現如將一玻璃管氣壓降至10-3毫米水銀柱的低氣壓,並在一端接上電極,通以數千伏特的電壓,陰極會發出一種射線,使得另一端塗有螢光物質的管壁發出輝光。稱此射線為陰極射線。此陰極射線會受電磁場作用而偏折,顯示帶有負電荷。2.湯木生的實驗(1897年)(1)實驗目的:測量電子的荷質比(2)實驗裝置:(3)實驗原理:t1t2

2、(4)實驗結果:湯木生測得射線粒子的電荷e與質量m的比值例題:一束電子自電子槍射出後,經一對偏向金屬板射達螢幕,在螢幕上產生之偏移為8.0公分(如圖)。今將電子槍中絲極與屏極間之電位差加倍,而保持偏向金屬板間之電場不變,則偏移D變為多少?(A)0.5公分(B)1.0公分(C)2.0公分(D)4.0公分(E)8.0公分。[73.日大]偏向金屬板絲極屏極D答案:D例題:在陰極射線管中,電子的動能是電子經由陰極和陽極之間的電位差加速而得。設兩極之間的電位差為V,電子經加速後,沿垂直於磁場的方向進入一均勻的磁場

3、B中,測得電子軌跡的曲率半徑為R,求電子的荷質比。例題:將同能量之質子與α質點平行射入平行電板間,則剛穿出電場時,質子偏離原射線之距離dp與α質點偏離原射線之距離dα之比值為何?[66.日大]例題:如圖所示。設兩個水平平行金屬板中的電場為E,兩板距離為d,板長為L。一個質量為m、電荷為q(q>0)的粒子,以水平方向射入兩板之間,且剛進入電場區域時,與兩板等距離。如果不考慮重力,為了使粒子在運動中不至於撞到金屬板,其初速率至少需為__________。[82.日大]Ld3.密立坎的油滴實驗(1)實驗目的:

4、測出電子的帶電量。(2)實驗裝置及步驟:將油滴由噴嘴噴出,進入一均勻電場中,並以X射線加以游離。以望眼鏡觀察油滴在電場中的運動情形,測量油滴所帶的電量。(3)實驗原理:在不加電場下,油滴受有重力及空氣阻力,空氣阻力與速率成正比,當空氣阻力等於重力時,速率達一終端值vt。此時ρ與r分別為油滴的密度與半徑,η為空氣的黏性係數,(η=1.5×10-5牛頓-秒∕公尺2)。測出油滴的終端速度即可求出其半徑及重量。(4)實驗結果:例題:在密立坎油滴實驗中,他是在二平行板中間,加上一電場,調節電場大小,以使一微小的帶

5、電油滴的重量,被向上的電作用力平衡而靜止在二板間,設油滴的半徑為2.38×10-6公尺,密度為8.60×102公斤∕公尺3,平衡油滴的電場為4.25×105牛頓∕庫侖。試求油滴所帶電量。例題:在密立坎油滴實驗中,設各油滴大小相同,而且電力大小剛好使帶一基本電荷的油滴靜止不動。今發現有一油滴以速率V向上運動後,立即把平行金屬板之正負極轉換,結果此油滴以速率2V向下運動。此油滴所帶的基本電荷的數目為(A)1(B)2(C)3(D)4(E)5。[65.日大]答案:C§9-2X射線1.發現過程:1895年,德國科

6、學家侖琴發現置於陰極射線管旁邊的螢光板會發光,會使照相底片產生感光。確認陰極射線管能夠發出一種能穿透玻璃管壁的新射線,但是他不知道射線的成因,所以名之為X射線或稱X光。2.產生的原理:X射線的產生,是因為在陰極射線管中的電子流(即陰極射線)高速射入正極靶時,因為電子減速或造成靶中原子內部的擾動,而放射出來的高頻率的電磁波。3.X射線的性質:X射線不受電場或磁場的影響而致偏向,可知X射線為電中性。德國物理學家勞厄(曾獲1914年諾貝爾物理獎)認為X射線是一種波長甚短的電磁波。一般可見光的繞射光柵由於狹縫間

7、距過大,無法用於顯示X射線的波動性質。1912年勞厄想到晶體內原子之間的距離甚小,且排列規則,相當於立體光柵,正可用來使X射線產生繞射現象。X射線的本質已可確認為是電磁波,並經分析得知這種X光的波長小於0.1nm。4.X射線的應用:(1)醫學上的應用:由於X射線波長短,穿透力強,可以穿透肌肉,對身體內部重要器官攝影,不同組織吸收X射線的能力不同,故在底片上產生不同的明暗對比。(2)晶體結構的研究:晶體中鄰近原子或分子間的距離為數埃,與X射線的波長相當,因此晶體內原子的規則排列,自然構成了X射線的繞射光柵

8、。第一張X光像片侖琴夫人的左手布拉格X射線晶體繞射實驗如右圖為一束平行的X射線入射一晶體,經相互平行的晶格平面反射後的干涉情形。X射線入射方向與晶面的夾角為θ。經相鄰兩晶面反射的射線,其路程差如為X射線波長的整數倍時,將產生完全相長性干涉,即n=1時稱為第一級繞射,餘類推。例題:欲觀察X射線繞射現象,必須利用結晶體,那是因為:(A)很多晶體在可見光中是透明的(B)晶體中相鄰原子間的問隔與X射線之波長相近(C)晶體中的原子成規則排列,構成似光

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