對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的探討.doc

對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的探討山東泰安許其寶一、關(guān)于粒子粒子是從放射性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來(lái)的粒子，帶兩個(gè)單位正電荷，質(zhì)量為氫原子的4倍實(shí)際是氦原子核，射出時(shí)的速度的為光速的1/10，粒子的電離作用很強(qiáng)，因此在空氣中只能前進(jìn)幾厘米。另外，由于粒子射出速度大，具有足夠的能量，粒子還能使熒光物質(zhì)發(fā)光。二、為什么用粒子散射實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)無(wú)法直接觀察到，要用高速離子進(jìn)行轟擊，根據(jù)粒子的散射情況分析判斷原子的結(jié)構(gòu)，而粒子有足夠能量，可以穿過(guò)原子，并且利用熒光作用可觀察粒子的散射情況，所以選取粒子進(jìn)行散射實(shí)驗(yàn)。三、為什么粒子散射實(shí)驗(yàn)用金箔？其它金屬能行嗎？要準(zhǔn)確了解粒子與靶原子間的單個(gè)原子作用，應(yīng)把靶做得越弱越好，否則，將多次碰撞將掩蓋單次作用產(chǎn)生的現(xiàn)象。而金的優(yōu)點(diǎn)是：延展性好，易被拉成薄片，還有其原子序數(shù)大，粒子與金核間的庫(kù)侖力大，發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)明顯，所以選金做粒子散射實(shí)驗(yàn)。除金外，還可以用銀、鉑等重金屬，但不能用鋁等輕金屬。四、還應(yīng)注意的是粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置一定要抽成真空，原因主要是由于粒子的電離作用，若在空氣中由于電離粒子只能前進(jìn)幾厘米。五、關(guān)于粒子散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)論與核式結(jié)構(gòu)模型。1、 絕大多數(shù)粒子沒(méi)有明顯偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子內(nèi)部絕大部分是空的，原因是金箔厚度大約1m，金原子直徑大約31010m，相當(dāng)于三千多金原子的厚度，而絕大多數(shù)粒子不偏轉(zhuǎn)說(shuō)明這些粒子受金原子的作用力很小，故金原子內(nèi)部絕大部分是空的。2、 極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，有的甚至偏轉(zhuǎn)角達(dá)180。說(shuō)明帶正電的物質(zhì)集中在體積很小的范圍內(nèi)，叫原子核。因?yàn)殡娮淤|(zhì)量是粒子質(zhì)量的1/7300倍，對(duì)粒子的偏轉(zhuǎn)幾乎沒(méi)有影響，與電子正碰也不會(huì)被反彈，只能是帶正電的物質(zhì)對(duì)極少數(shù)粒子的影響，發(fā)生反彈的是粒子與正電物質(zhì)的正碰，故帶正電物質(zhì)體積很小，稱為原子核。原子核式結(jié)構(gòu)模型與地球衛(wèi)星山東泰安田偉盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型是研究了粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，結(jié)合行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律提出的，玻爾在原子核式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了三個(gè)基本假設(shè)，即玻爾理論，建立了玻爾原子模型，在學(xué)習(xí)中可以把原子模型和行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)合起來(lái)，找到它們的異同，從而起到加深理解、促進(jìn)記憶的作用。相似之處：1、衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道一般可看成圓，萬(wàn)有引力提供向心力，即氫原子中電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)向心力為庫(kù)侖力。即2、做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，角速度等物理量隨半徑的變化規(guī)律相似。衛(wèi)星線速度 角速度 =電子繞核線速度 角速度=隨r的增大，它們的線速度、角速度均減小。3、衛(wèi)星，電子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能、勢(shì)能、總能量隨半徑變化的規(guī)律相似。半徑越大，衛(wèi)星動(dòng)能越小，重力勢(shì)能越大，總能量越大。半徑越大，電子動(dòng)能越小，電勢(shì)能越大，總能量越大。不同之處：研究衛(wèi)星時(shí)往往是地面為零勢(shì)能面，衛(wèi)星重力勢(shì)能為正值；研究電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)往往選無(wú)限遠(yuǎn)處為零電勢(shì)能面，電子的電勢(shì)能為負(fù)值。衛(wèi)星的軌道半徑?jīng)]有限制，可以連續(xù)變化，而由玻爾理論可知，電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是不連續(xù)的。談氫原子的能級(jí)躍遷山東泰安毛慧潁根據(jù)玻爾理論，原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)，要輻射或吸收一定頻率的光子，光子的頻率符合hv=E2E1，h為普郎克恒量，E2、E1分別為兩能級(jí)對(duì)應(yīng)的能量，對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)清常見(jiàn)的考題有兩類。1、氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷問(wèn)題，氫原子從第n能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出不同頻率光子的可能數(shù)為。例1、有一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，那么這些氫原子發(fā)生躍遷時(shí)最多能輻射 條光譜線，其中頻率最低的光波長(zhǎng)為 m。解析：光譜線條數(shù)為N=，取n=3得N=3條，頻率最低的是由n=3躍遷到n=2發(fā)出的光，由hv=E3E2得v=將E1= 13.6ev =13.61.61019J h=6.61034 代入上式得v=0.451015Hz =6.5107m答案：3條；6.510-7m點(diǎn)撥：本題為一群氫原子，若為一個(gè)氫原子，光譜線最多的條數(shù)將為N=2，因?yàn)橐粴湓踊蛘邚膎=3的能量狀態(tài)直接躍到n=1的能量狀態(tài)，只能發(fā)出一種頻率的光子；或者從n=3躍到n=2的能量狀態(tài)，再由n=2的能量狀態(tài)躍到n=1的能量狀態(tài)，發(fā)出兩種頻率的光子。兩種情況不可同時(shí)發(fā)生，故光譜條數(shù)最多為2條。例2：現(xiàn)有1200個(gè)氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級(jí)上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過(guò)程中發(fā)出的光子總數(shù)是多少（假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的）A、2200 B、2000 C、1200 D、240012344004004004002002002001200圖 1解析：解答本題的關(guān)鍵是要理解透題意中的“假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的”這一敘述的含意，這一敘述表明：在現(xiàn)有的1200個(gè)氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級(jí)上，而這1200個(gè)氫原子受激躍遷到新的能級(jí)后，最后都回到基態(tài)，這些受激氫原子躍遷到較低能級(jí)的原子數(shù)不盡相同，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為4的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為1的能級(jí)上從而發(fā)射出1200 = 400個(gè)光子，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為4的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為2的能級(jí)上從而發(fā)射出1200 = 400個(gè)光子，處在量子數(shù)為2的氫原子核外電子仍處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為1的能級(jí)上從而發(fā)射出400 = 400個(gè)光子，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為4的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為3的能級(jí)上從而發(fā)射出1200 = 400個(gè)光子，處在量子數(shù)為3的氫原子核外電子仍處于激發(fā)態(tài)， 當(dāng)處在量子數(shù)為3的氫原子核外電子躍遷到量子數(shù)為2的能級(jí)上從而發(fā)射出400 = 200個(gè)光子，處在量子數(shù)為2的氫原子核外電子仍處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)處在量子數(shù)為2的氫原子核外電子躍遷到量子數(shù)為1的能級(jí)上從而發(fā)射出200 = 200個(gè)光子，處在量子數(shù)為3的氫原子核外電子還可直接躍遷到量子數(shù)為1的能級(jí)上從而發(fā)射出400 = 200個(gè)光子，故在此過(guò)程中發(fā)出的光子總數(shù)為 N = 400 + 400 + 400 + 400 + 200 + 200 + 200 = 2200個(gè)光子，其能級(jí)躍遷分布示意圖如圖 1 所示。點(diǎn)撥：本題的極易誤選 D 選項(xiàng)，平時(shí)教學(xué)與復(fù)習(xí)備考中只涉及到單個(gè)氫原子的核外電子從某一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)過(guò)程中可能出現(xiàn)幾種不同頻率的光子，而未涉及處于不同能級(jí)上的氫原子數(shù)的不同，受激后躍遷的氫原子數(shù)也不同，錯(cuò)誤地認(rèn)為每一個(gè)氫原子可產(chǎn)生 6 種不同頻率的光子，并都是從量子數(shù)為4的能級(jí)上躍遷的，然后套用（1200）6 = 2400個(gè)光子，造成這一錯(cuò)誤的原因主要是沒(méi)有仔細(xì)審題，讀懂題意，不善于根據(jù)不同條件和不同物理場(chǎng)景下將所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行遷移和靈活運(yùn)用，歸根結(jié)底還是個(gè)能力問(wèn)題。2、氫原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷問(wèn)題此類問(wèn)題可分為三種情況光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量小于電離能時(shí)，只能滿足光子的能量為兩定態(tài)間能級(jí)差時(shí)才能被吸收。光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量大于電離能時(shí)，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用來(lái)使電子電離，另一部分可用來(lái)增加電子離開(kāi)核的吸引后的動(dòng)能。E1E2E2E4E-54.3eV-13.6eV-6.0eV-3.4eV0當(dāng)粒子與原子碰撞（如電子與氫原子碰撞）時(shí)，由于實(shí)物的動(dòng)能可全部或部分被氫原子吸收，故只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子兩能級(jí)的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向高能級(jí)躍遷。例3：(2004北京卷17題)氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E1=54.4eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是：A40.8eV B43.2eV C51.0eV D54.4eV 分析由玻耳理論可知，氫原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到能級(jí)的過(guò)程中，只能吸收或放出一個(gè)一定頻率的光子，這個(gè)光子的能量等于氫原子的兩個(gè)能級(jí)差。類氫結(jié)構(gòu)的氦離子吸收或放出光子規(guī)律和氫原子相同，通過(guò)計(jì)算可知， -13.6eV-（-54.4eV）=40.8eV，-3.4eV-54.4eV=51.0eV而吸收-54.4eV的光子后，氦離子外的電子被電離。43.2eV的光子與任何能級(jí)差都不相等。故選B。但如果選項(xiàng)中的能量來(lái)源不僅僅是光子，而是有可能從外面的電子處獲得的話，結(jié)果就大不相同了。這時(shí)需要我們對(duì)原子躍遷問(wèn)題有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，即原子的核外電子獲得能量后從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。例4：氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子的能級(jí)示意圖如圖所示（與上圖同）。在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是（ ）A、42.8ev（光子） B、43.2eV(電子) C、41.0eV(電子) D、54.4eV(光子)解析：由例3的分析可以知道：B、43.2eV(電子)、C、41.0eV(電子)選項(xiàng)中電子的動(dòng)能大于E1、E2間的差值40.8eV，故可以被吸收，D使該氦離子電離，而選項(xiàng)A則不可。選A?？偨Y(jié)：光子照射氫原子，光子能量小于電離能時(shí)，只能吸收剛好是原子兩能級(jí)差的能量的光子；光子能量大于或等于電離能時(shí)，不管多大能量的光子都能吸收。2、電子（或其他粒子）碰撞氫原子時(shí)，其動(dòng)能不一定全部轉(zhuǎn)移給氫原子，因此只要其動(dòng)能大于或等于氫原子兩能級(jí)能量差，就可以使氫原子發(fā)生躍遷。原子物理與其他知識(shí)相結(jié)合的綜合問(wèn)題山東泰安寧衍慶從近幾年高考理綜試題來(lái)看，原子物理越來(lái)越受到高考命題者的青睞，成為高考命題熱點(diǎn)，其原因是它與現(xiàn)代高科技有密切聯(lián)系，它與高中物理的其他知識(shí)點(diǎn)又能有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。在學(xué)習(xí)中又要注重原子結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，又要加強(qiáng)與其他知識(shí)相結(jié)合的綜合性問(wèn)題的學(xué)習(xí)。一、原子物理與電場(chǎng)知識(shí)的結(jié)合例1（2005年江蘇物理卷）根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線，實(shí)線表示一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A、動(dòng)能先增加，后減少B、電勢(shì)能先減少，后增加C、電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零D、加速度先變小，后變大解析：粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，受到排斥力作用，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增大；粒子從b再運(yùn)動(dòng)到c，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少；到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，由于a、c在同一等勢(shì)面上，所以從a到c總功為零，故A、B錯(cuò)，C對(duì)粒子從a到b，場(chǎng)強(qiáng)增大，加速度增大；從b到c，場(chǎng)強(qiáng)減小，加速度較小，故D錯(cuò)。點(diǎn)撥：本題涉及到電場(chǎng)力做功、動(dòng)能、電勢(shì)能、加速度等知識(shí)點(diǎn)，考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合解決問(wèn)題的能力。二、原子物理，與光電效應(yīng)的結(jié)合例2：（2005年全國(guó)理綜II卷）右圖中畫(huà)出了氫原子的4個(gè)能級(jí)，并注明了相應(yīng)的能量E。處在n=4的能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠發(fā)生若干種不同頻率的光波。已知金屬鉀的逸出功為2.22eV。在這些光波中，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的總共有（ ）A、二種 B、三種 C、四種 D、五種n E/eV4 -0.853 -1.512 -3.401 -13.60解析：能夠從金屬鉀表面打出光電子的光子的能量必大于金屬鉀的逸出功2.22eV，從n=4能級(jí)向低能級(jí)躍遷的氫原子能夠發(fā)出6種不同頻率的光子，其中從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)和從n=3躍遷到n=2能級(jí)時(shí)放出的光子的能量小于2.22eV，不能從鉀表面打出光電子，所以答案為C。點(diǎn)撥：本題涉及了氫原子的能量、光子的發(fā)射和吸收、光電效應(yīng)綜合知識(shí)點(diǎn)，對(duì)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)合考查，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。三、原子物理與動(dòng)量守恒、圓周運(yùn)動(dòng)、能量的結(jié)合例3：（2004年江蘇物理卷）若原子的某內(nèi)層電子被電離形成空位，其它層的電子躍遷到該空位上時(shí)，會(huì)將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出去，此電磁輻射就是原子的特征X射線。內(nèi)層空位的產(chǎn)生有多種機(jī)制，其中的一種稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，即原子中處于激發(fā)態(tài)的核躍遷回基態(tài)時(shí)，將躍遷時(shí)釋放的能量交給某一內(nèi)層電子，使此內(nèi)層電子電離而形成空位（被電離的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子）。214P0的原子核從某一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，可將能量E0=1.416MeV交給內(nèi)層電子（如K、L、M層電子，K、L、M標(biāo)記原子中最靠近核的三個(gè)電子層）使其電離，實(shí)驗(yàn)測(cè)得從214P0原子的K、L、M層電離出的電子的動(dòng)能分別為EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV。則可發(fā)射出特征射線的能量為（ ）A、0.013MeV B、0.017MeV C、0.076MeV D、0.093MeV解析：本題提供了原子的特征X射線的產(chǎn)生機(jī)理，學(xué)生閱讀題干知識(shí)后可將本題提煉為（1）214Po的原子核回到基態(tài)時(shí)，將能量E0=1.416MeV交給內(nèi)層的K、L、M層電子；（2）K、L、M層上的電子獲得能量E0=1.416MeV后電離，產(chǎn)生內(nèi)層空位；（3）M層的電子躍遷到L或K的空位上，或者L層的電子躍遷到K的空位上，同時(shí)發(fā)射出X的特征射線。由能量守恒定律得，214Po原子K、L、M層電子所具有的能量分別為，L、M層的電子都有可能躍遷到該空位上，而多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來(lái)，可能發(fā)射的原子特征的射線的能量為EL-EK=0.076MeV，EM-EK=0.089MeV；當(dāng)L層的電子被電離產(chǎn)生空位時(shí)，M層的電子有可能躍遷的該空位上，而多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來(lái)，可能發(fā)射的原子特征射線的能量為EM-EL=0.013MeV。故項(xiàng)A、C都正確。點(diǎn)撥：該題所述的通過(guò)“內(nèi)轉(zhuǎn)換”的方式輻射出原子特征射線這一全新的物理情景不是課本所學(xué)內(nèi)容，但考生如果能在弄懂題意的基礎(chǔ)上，正確地建立物理模型，將所學(xué)的能量守恒定律和玻爾原子結(jié)構(gòu)理論遷移過(guò)來(lái)，問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。例4、（2002年高考題）要使一個(gè)中性鋰原子最外層的電子脫離鋰原子所需的能量是5.39eV，要使一個(gè)中性氟原子結(jié)合一個(gè)電子形成一個(gè)氟離子所放出的能量是3.5leV，則將一個(gè)電子從鋰原子轉(zhuǎn)移到氟原子所須提供的能量為_(kāi)。解析：根據(jù)玻爾理論和能量守恒知，將一個(gè)電子從鋰原子轉(zhuǎn)移到氟原子所須提供的能為5.39eV3.51eV=1.99eV。【說(shuō)明】要善于從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度去分析、解決物理問(wèn)題，要養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)物理的習(xí)慣，要善于用物理思維來(lái)思考物理問(wèn)題。例5、氫原子放出一個(gè)光子后，根據(jù)玻爾理論，氫原子的（ ）A、 核外電子的電勢(shì)能增大 B、核外電子的動(dòng)能增大C、 外電子的旋轉(zhuǎn)周期將增加 D、氫原子能量將增大解析：電子輻射光子后，進(jìn)入低能級(jí)軌道，半徑R減小。由k可知R，v，核外電子動(dòng)能變大。B選項(xiàng)正確，A、D選項(xiàng)不正確，又周期T=,因?yàn)镽，v,故T，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。所以本例的正確答案為B。【說(shuō)明】玻爾的原子模型在解釋氫原子光譜上獲得了成功，但用來(lái)解釋比較復(fù)雜的原子光譜時(shí)卻碰到很大的困難，理論推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)論跟實(shí)驗(yàn)事實(shí)出入很大，玻爾理論的成功之處在于它引入了量子觀念，失敗之處在于它保留了過(guò)多的經(jīng)典物理理論。例6、1914年，弗蘭克和赫茲在實(shí)驗(yàn)中用電子碰撞靜止的原子方法，使電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，證明了玻爾提出的原子能級(jí)存在的假設(shè)，設(shè)電子的質(zhì)量為m,原子質(zhì)量為M，基態(tài)和激發(fā)的能量差為E，試求入射電子的最小初動(dòng)能。解析：電子和原子作用過(guò)程無(wú)外力作用，因此，二者構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒、能量守恒。設(shè)電子在作用前后的速度分別為v1和v2,原子受碰后速率為v,則有得有實(shí)數(shù)解，必有0，即0【說(shuō)明】 動(dòng)量守恒定律在微觀領(lǐng)域里仍然可使用；能量轉(zhuǎn)化和守恒定律更是普遍適用的規(guī)律。原子結(jié)構(gòu)測(cè)試題（分，分鐘） 山東泰安呂正貴一、本題共10小題，每小題4分，共40分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確。全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分1、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)可以解決的問(wèn)題是 （ AB ） A解釋 粒子散射現(xiàn)象 B用 粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算原子核的大小 C結(jié)合經(jīng)典電磁理論，解釋原子的穩(wěn)定性 D結(jié)合經(jīng)典電磁理論，解釋氫原子光譜2、關(guān)于玻爾的原子模型，下述說(shuō)法中正確的有（BD ） A它徹底否定了經(jīng)典的電磁理論 B它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō) C它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論 D它引入了普朗克的量子觀念3、(06滬九校)、右圖為盧瑟福和他的同事們做a粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四 個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是（ABD） A相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A 位置時(shí)少得多C放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少4、原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí)，有可能不發(fā)射光子例如在某種條件下，鉻原子的n = 2能級(jí)上的電子躍遷到n = 1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n = 4能級(jí)上的電子，使之能脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)，以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子，已知鉻原子的能級(jí)公式可簡(jiǎn)化表示為 ，式中n=l，2，3， 表示不同能級(jí)，A是正的已知常數(shù)，上述俄歇電子的動(dòng)能是 ( C )A B C D5、a光經(jīng)過(guò)某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示.則下述正確的是：（BD）甲乙Aa光光子的能量較大B在水中a光傳播的速度較大 C若用a光照射某金屬時(shí)不能發(fā)生光電 效應(yīng)，則用b 光照射該金屬時(shí)也不能發(fā)生 光電效應(yīng)D若a光是氫原子從n3的能級(jí)向n2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n4的能級(jí)向n2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的6、（06廣州1）氫原子能級(jí)如圖所示，一群原處于n4 能級(jí)的 氫原子回到n 1的狀態(tài)過(guò)程中（BC）A放出三種頻率不同的光子B放出六種頻率不同的光子C放出的光子的最大能量為其12 . 75ev ，最小能量是0.66eV D放出的光能夠使逸出功為13 . 0eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)7、根據(jù)玻爾理論，在氫原子中，量子數(shù)n越大，則 （ C ）A電子軌道半徑越小 B。核外電子運(yùn)動(dòng)速度越大C原子能量越大 D。電勢(shì)能越小8、氫原子從第2能級(jí)躍遷到第1能級(jí)過(guò)程中的能量變化，有下列說(shuō)法：電子的動(dòng)能一定增大；原子系統(tǒng)的電勢(shì)能一定減?。浑娮觿?dòng)能的增加量一定等于系統(tǒng)電勢(shì)能的減少量；電子動(dòng)能的增加量一定小于系統(tǒng)電勢(shì)能的減少量。以上說(shuō)法中正確的有（D） A只有 B。只有 C。只有 D。只有二、填空題(本題有6小題每小題4分。共24分)9、氫原子從第3能級(jí)躍遷到第2能級(jí)時(shí)輻射出的光子的波長(zhǎng)是_nm，這種光子屬于_ 光。（已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能級(jí)為-13.6eV） 10、原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)為1的光子；原子從b能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)吸收波長(zhǎng)為2的光子，已知12那么原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)將要_（填“吸收”或“輻射”）波長(zhǎng)為_(kāi)的光子11、一群處于量子數(shù)n = 3的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出的光譜線條數(shù)是_。 12、已知?dú)湓踊鶓B(tài)能量為-13.6Ev，第二能級(jí)E2 = -3.4eV ，如果氫原子吸收_eV能量，可由基態(tài)躍遷到第二能級(jí)。如果再吸收1.89eV能量，還可由第二能級(jí)躍遷到第三能級(jí)，則氫原子的第三能級(jí)E3 =_eV。13、如圖給出了氫原子的四個(gè)能級(jí)、大量氫原子在這些能級(jí)之間躍遷 所輻射的光子的頻率最多有 種，其中能量最高的光子能 量為eV 14、右圖是原子的核式結(jié)構(gòu)模型。下面平面示意圖中的四條線表示粒子運(yùn)動(dòng)的可能軌跡，在圖中完成中間兩條粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。 三、本題共4小題，36分。解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟，只寫(xiě)出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位。15（8分）氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E1= -13.6eV，已知電子電量e =1.610-19C，電子質(zhì)量m=0.9110-30kg，氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1=0.5310-10m.（1）若要使處于n=2的氫原子電離，至少要用頻率多大的電磁波照射氫原子？（2）氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流，則氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài)時(shí)，核外電子運(yùn)動(dòng)的等效電流多大？（3）若已知鈉的極限頻率為6.001014Hz，今用一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)射的光譜照射鈉，試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明有幾條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)？GAVPE rSNMbaR016（8分）、如圖所示是測(cè)定光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子比荷的簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)原理圖，兩塊平行板相距為d，其中N為金屬板，受紫外線照射后，將發(fā)射沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成電流，從而引起電流計(jì)G的指針偏轉(zhuǎn)，若調(diào)節(jié)R0逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小，當(dāng)電壓表示數(shù)為U時(shí)，電流恰好為零。切斷開(kāi)關(guān)，在MN間加垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感強(qiáng)度，也能使電流為零，當(dāng)磁感強(qiáng)度為B時(shí)，電流恰為零。試求光電子的比荷em。（）GbaKRR0PEOD17、（10分）氫原子從3.4eV的能級(jí)躍遷到0.85eV的能級(jí)時(shí)，是發(fā)射還是吸收光子？這種光子的波長(zhǎng)是多少（計(jì)算結(jié)果取一位有效數(shù)字）？圖中光電管用金屬材料銫制成，電路中定值電阻R00.75，電源電動(dòng)勢(shì)E1.5V，內(nèi)阻r0.25，圖中電路在D點(diǎn)交叉，但不相連R為變阻器，O是變阻器的中間抽頭，位于變阻器的正中央，P為滑動(dòng)端從變阻器的兩端點(diǎn)ab可測(cè)得其總阻值為14當(dāng)用上述氫原子兩能級(jí)間躍遷而發(fā)射出來(lái)的光照射圖中的光電管，欲使電流計(jì)G中電流為零，變阻器aP間阻值應(yīng)為多大？已知普朗克常量h6.631034Js，金屬銫的逸出功為1.9eV18、（10分）湯姆生用來(lái)測(cè)定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過(guò)A中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P間的區(qū)域當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O點(diǎn)，(O與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì)此時(shí)，在P和P間的區(qū)域，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)已知極板水平方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2 (如圖所示) (1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小。(2)推導(dǎo)出電子的比荷的