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(4)實驗結果：湯木生測得射線粒子的電荷e

2、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

3、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：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

4、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。

5、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

6、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：

7、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。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

8、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