m近代物理綜合題課件

近代物理綜合題2004年9月

例1、按照玻爾理論可以確定（）A.用波長為60nm的光照射，可使氫原子電離B.用10.2eV的光子可以激發(fā)處于基態(tài)的氫原子C.用能量12.5eV的光子照射，可使氫原子激發(fā).D.用能量11.0eV的外來電子碰撞，可以激發(fā)處于基態(tài)的氫原子提示：E=hc/λ=6.63×10-34×3×108/0.6×10-7

=3.32×10-18J=21eV>13.6eV原子的躍遷公式只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況;光子和原子作用使原子電離時則不受此條件的限制實物粒子與原子相互作用而使原子激發(fā)時，粒子的能量也不受上述條件的限制。ABD（1）能級公式En=E1/n2=-13.6/n2(eV)玻爾理論的幾個重要推論（2）躍遷公式hγ=E2-E1（3）半徑公式rn=n2r1=0.53×10-10n2(m)（4）動能跟n的關(guān)系由ke2/rn

2=mv2/rn得EKn=1/2mvn2

=ke2／2rn∝1/n2（5）速度跟n的關(guān)系（6）周期跟n的關(guān)系關(guān)系式（5）（6）跟衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的情況相似。例、氫原子的能級示意圖如圖示，現(xiàn)有每個電子的動能都為EKe=12.89eV的電子束與處在基態(tài)的氫原子束射入同一區(qū)域，使電子與氫原子發(fā)生迎頭正碰，已知碰前一個電子與一個氫原子的總動量為0，碰撞后，氫原子受激，躍遷到n=4的能級，求碰撞后一個電子與一個受激氫原子的總動能，已知電子的質(zhì)量me與氫原子的質(zhì)量mH之比為me/mH=5.445×10-4∞E（eV）－3.402－1.513－0.854n－0.545－0.3860解：由動量守恒定律meve+mHvH=0EKH=EKe×me/mH=0.007eV所以碰前一個電子與一個基態(tài)氫原子的總動能為EK總=12.897eV氫原子受激，躍遷到n=4的能級要吸收能量ΔE=-0.85-（-13.6）=12.75eV∴碰撞后一個電子與一個受激氫原子的總動能為EK總′=EK總-ΔE=12.897-12.75=0.147eV

練習、下列關(guān)于波粒二象性的敘述中正確的是

（）A.任何頻率的光都具有波動性和粒子性，二者是互相統(tǒng)一的B.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性C.個別光子不具有波動性D.從光電效應(yīng)現(xiàn)象看，光的頻率越高，它的粒子性越強。ABD2000年高考13、假設(shè)在NaCl蒸氣中存在由鈉離子Na+和氯離子CI-

靠靜電相互作用構(gòu)成的單個氯化鈉NaCl分子，若取Na+與CI-相距無限遠時其電勢能為零，一個NaCl分子的電勢能為－6.1eV，已知使一個中性鈉原子Na最外層的電子脫離鈉原子而形成鈉離子Na+所需的能量（電離能）為5.1eV，使一個中性氯原子Cl結(jié)合一個電子形成氯離子所放出的能量（親和能）為3.8eV。由此可算出，在將一個NaCl分子分解成彼此遠離的中性鈉原子Na和中性氯原子Cl的過程中，外界供給的總能量等于___________eV。解：NaCl+6.1eVNa++

CI-

Na+5.1eVNa+

+eCl

-+3.8eVCI

+eNaCl+6.1eV+3.8eVNa++CI-+5.1eVE=6.1+3.8-5.1=4.8eV4.8蘇州04年調(diào)研7設(shè)氫原子的核外電子從高能級b向低能級a躍遷時，電子動能的增量ΔEK=EKa-EKb，電勢能的增量ΔEP=EPa-EPb，則下列表述正確的是（）A.ΔEK＞0、ΔEP＜0、ΔEK+ΔEP=0B.ΔEK＜0、ΔEP＞0、ΔEK+ΔEP=0C.ΔEK＞0、ΔEP＜0、ΔEK+ΔEP＞0D.ΔEK＞0、ΔEP＜0、ΔEK+ΔEP＜0解：電場力做正功，電勢能減少；合外力做正功，動能增加；發(fā)射出光子，動能與電勢能之和減少。D03年江蘇高考9．原子從一個能級躍遷到一個較低的能級時，有可能不發(fā)射光子，例如在某種條件下，鉻原子的n=2能級上的電子躍遷到n=1能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級上的電子，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，已知鉻原子的能級公式可簡化表示為式中n=1，2，3……表示不同能級，A是正的已知常數(shù)，上述俄歇電子的動能是（）A．3A/16B．7A/16C．11A/16D．13A/16解：n=2躍遷到n=1能級時放出能量為E0=3A/4處于n=4能級的電子吸收能量為A/16可以電離∴EK=3A/4+（-A/16）=+11A/16C原子核俘獲一個μ-

子（μ-

子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的207倍，而電荷量與電子相同）可形成μ原子。原子中電子的第一軌道半徑為re，電子的動能為Ee;若電子換成μ-

子而形成μ原子,第一軌道半徑為re/n,μ-

子的動能為Eμ，則Eμ：Ee等于()A.n：1B.n2：1C.1：1D.207：1解:對于原子,kQe/re2=meve2/re,Ee=1/2×meve2=kQe/2re對于μ原子,kQe/rμ2=mμvμ2/rμ,Eμ=1/2×mμvμ2=kQe/2rμ∴Eμ：Ee=re：rμ=n：1選AA鹽城04年調(diào)研三6例：（新教材2003天津理綜）如圖，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A

1.9eVB0.6eVC2.5eVD3.1eV解：反向截止電壓為0.60V，EKm=0.60eVW=hν-EKm=2.5-0.6=1.9eVA閱讀如下資料并回答問題：自然界中的物體由于具有一定的溫度，會不斷向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有關(guān)，稱為熱輻射，熱輻射具有如下特點：①輻射的能量中包含各種波長的電磁波；②物體溫度越高，單位時間從物體表面單位面積上輻射的能量越大；③在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。處于一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時，也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能保持不變。若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比。即其中常量2000年上海24、在下面的問題中，把研究對象都簡單地看作黑體。有關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)學公式：太陽半徑Rs=696000km，太陽表面溫度T=5770K，火星半徑r=3395km，球面積S=4πR2，其中R為球半徑。（1）太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為的范圍內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范圍。（2）每小時從太陽表面輻射的總能量為多少？（3）火星受到來自太陽的輻射可認為垂直射到面積為πr2（r為火星半徑）的圓盤上，已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。解:(1)頻率范圍為上頁2002年廣東高考16如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的，其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e+為正電子，ν為一種中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp=1.672648×10-27kg，α粒子的質(zhì)量為mα=6.644929×10-27kg，正電子的質(zhì)量為me=9.11×10-31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計。真空中的光速c=3×108m/s。試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量。=6.644929×10-27kgme=9.11×10-31kgmp=1.672648×10-27kgm解：將六個方程式相加，得到e2+24p+ΔE=mc2=(4mp–m-2me)c2代入數(shù)字，經(jīng)計算得到ΔE=3.95×10-12J

例4、兩個動能均為1Mev的氘核發(fā)生正面碰撞,引起了如下的核反應(yīng):試求:①此核反應(yīng)中放出的能量ΔΕ等于多少?②若放出的能量全部變成核的動能,則生成的氫核具有的動能是多少?（已知、、的原子核的質(zhì)量分別為1.0073u、2.0136u、3.0156u）解：Δm=2×2.0136u-3.0156u-1.0073u=0.0043uΔE=931.5×0.0043=4.0MeV由動量守恒定律m3v3+

m1v1=0EK1﹕EK3=3﹕1EK1+EK3=ΔE+2EK2=6MeVEK1=4.5MeV

EK3=1.5MeV

1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用α射線轟擊鈹9時，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強的不知名射線和另一種粒子，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線具有如下特點：①在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②這種射線的速度不到光速的十分之一，③用它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來，用它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來。并且被打出的氫核和氮核的最大速度之比vH:vN近似等于15：2,若該射線中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可認為靜止，碰撞過程沒有機械能損失，已知氫核和氮核的質(zhì)量之比等于1:14，⑴寫出α射線轟擊鈹核的反應(yīng)方程。⑵試根據(jù)上面所述的各種情況，通過具體分析說明該射線是不帶電的，但它不是γ射線，而是由中子組成。中子的發(fā)現(xiàn)解:⑴核反應(yīng)方程為⑵在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn),則它不帶電;射線是電磁波,速度為光速c,這種射線的速度不到光速的1/10,所以它不是γ射線.對打出氫核的實驗,由彈性碰撞關(guān)系(mHvH是氫核的質(zhì)量和速度)由動量守恒定律mv=mv1+mHvH由動能守恒1/2mv2=1/2mv12+1/2mHvH2

對于打出氮核的實驗，同理,(mNvN是氮核的質(zhì)量和速度)∴m=mH

m為中子頻率γ0的光子由地球表面某處豎直向上運動，當它上升ΔH的高度時，由于地球引力作用，它的波長變長，我們稱此為引力紅移，設(shè)光速為C，該光子頻率的紅移Δγ0與原有頻率γ0之比為 （）

A.B．C. D．例6、解：光子的能量為hγ0=mc2質(zhì)量為m=hγ0/c2由能量守恒定律，上升ΔH重力勢能增加mgΔHhγ0=hγ′+mgΔH∴

Δγ0/γ0=gΔH/c2B有一種衰變叫EC衰變，EC衰變發(fā)生于核內(nèi)中子數(shù)相對較少的放射性原子核中。核內(nèi)的一個質(zhì)子可以俘獲一個核外電子并發(fā)射出一個中微子而轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子。經(jīng)過一次EC衰變后的原子核的（）A.質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)減少1B.質(zhì)量數(shù)增加1，原子序數(shù)不變C.質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)不變D.質(zhì)量數(shù)減少1，原子序數(shù)減少1鹽城04年調(diào)研四2A04年江蘇高考1下列說法正確的是（）A.光波是一種概率波B.光波是一種電磁波單色光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，光子的能量改變D.單色光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，光的波長不變AB04年江蘇高考3下列說法正確的是（）A.α射線與γ射線都是電磁波B.β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流用加溫、加壓或改變其化學狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期D.原子核經(jīng)過衰變生成新核，則新核的質(zhì)量總等于原核的質(zhì)量C04年江蘇高考1010．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，會將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來，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，將躍遷時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)．214Po的原子核從某一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時，可將能量E0=1.416MeV交給內(nèi)層電子(如K、L、M層電子，K、L、M標記原子中最靠近核的三個電子層)使其離．實驗測得從214Po原子的K、L、M層電離出的電子的動能分別為Ek=1.323MeV、EL=1