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    原子在不停地做热运动，为了能高精度地研究孤立原子的性质，必须使他们几乎静止下来并能在一个小的空间区域停留一段时间．例如：纳米技术中需要移动或修补分子．科学家已发明了一种称为“激光制冷”的仪器，原理如下：在一个真空室内，一束非常准直的Na-23(原子束通过样品在1000K高温下蒸发而获得，原子做热运动的速率近似为v0=1000m/s)，受一束激光的正面照射，如图所示．设原子处在基态，运动方向与激光光子的运动方向相反．选好激光频率使光子能量E等于钠原子第一激发态与基态间的能量差，原子就能吸收它而发生跃迁，跃迁后原子的速度变为v1，随后该原子发射光子并回到基态．设所发射光子的运动方向与速度v0的方向总是相同，此时原子的速度为v2，接着重复上述过程，直到原子的速度减小到零．求：

    　　(1)吸收与发射光子的总次数为多少？

    　　(2)原子停留在激发态上的时间称为原子在这种状态下的寿命，大小约10-8s．忽略每次吸收与发射光子的时间，按上述方式，原子从初速度v0减小到零，共需多长时间？该时间内原子总共走过的路程约为多少？(E=3.36×10-19J，钠原子的质量m=3.84×10-26kg，阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，光速c=3.0×108m/s)

    答案：见详解
    解析：

    设吸收与发射光子的总数为n，光速为c

    　　(1)光子的动量p=m光c=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①

    　　钠原子吸收光子时，mv0-p=mv1　　　　　　　　　　　　　　　　　　②

    　　钠原子放出光子时，mv1=mv2　p　　　　　　　　　　　　　　　　　 ③

    　　Dv　v0　v1　　v1　v2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ④

    　　s　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ⑤

    　　(2)设原子停留在激发态的时间为t，原子总路程为L，则：

    　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ⑥

    　　L=m　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ⑦

    　　说明：本题以用纳米技术进行原子激光制冷为背景，考查了光的粒子性、动量和能量的关系以及动量守恒定律和运动学知识，还考查了学生的获取知识的能力、分析推理能力、运用物理知识和规律解决实际问题的能力．解决此类问题的关键在于冷静地分析物理情况，建立正确的物理模型(对于本题光子相当于一小球，钠原子相当于一小车)，根据物理间的相互作用规律、动量守恒定律列式求解．


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    科目：高中物理 来源：物理教研室 题型：038

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    　　(1)吸收与发射光子的总次数为多少？

    　　(2)原子停留在激发态上的时间称为原子在这种状态下的寿命，大小约10-8s．忽略每次吸收与发射光子的时间，按上述方式，原子从初速度v0减小到零，共需多长时间？该时间内原子总共走过的路程约为多少？(E=3.36×10-19J，钠原子的质量m=3.84×10-26kg，阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，光速c=3.0×108m/s)

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    原子在不停地做热运动，为了能高精度地研究孤立原子的性质，必须使它们几乎静止下来并能在一个很小的空间区域停留一段时间，例如纳米技术中需要移动或修补分子.科学家已发明了一种称为“激光制冷”的技术，原理如下：

    在一个真空室内，一束非常准直的Na-23原子束（通过样品在1 000 K高温下蒸发而获得，原子做热运动的速率近似为v0=1 000 m/s),受一束激光的正面照射，如图15-2-3 所示.设原子处在基态，运动方向与激光光子的运动方向相反，选好激光频率使光子能量E等于钠原子第一激发态与基态间能量差，原子就能吸收它而发生跃迁，跃迁后原子的速度为v1，随后该原子发射光子并回到基态.设所发射光子的运动方向与速度v0的方向总是相同的，此时原子的速度为v2,接着重复上述过程，直到原子的速度减小到零.

    图15-2-3

    （1）吸收与发射光子的总次数为多少？

    （2）原子停留在激发态上的时间称为原子在这种状态下的寿命，大小约为10-8 s.忽略每次吸收与发射光子的时间，按上述方式，原子初速度v0减小到零，共需多长时间？该时间内原子共走过的路程为多少？（E=3.36×10-19 J，钠原子的质量m=3.84×10-26 kg,NA=6.0×1023 mol-1,c=3.0×108 m/s）

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    原子在不停地做热运动，为了能高精度地研究孤立原子的性质，必须使它们几乎静止下来并能在一个小的空间区域停留一段时间。例如：纳米技术中需要移动或修补分子，科学家已发明了一种称为“激光致冷”的仪器，原理如下：

        在一个真空室内，一束非常直的Na—23原子束(通过样品在1 000 K高温下蒸发而获得，原子做热运动的速率近似为v0=1 000 m/s)，受一束激光的正面照射，如图所示，设原子处在基态，运动方向与激光光子的运动方向相反，选好激光频率使光子能量E等于钠原子第一激发态与基态间的能量差，原子就能吸收它而发生跃迁，跃迁后原子的速度变为v1,随后该原子发射光子并回到基态，设所发射光子的运动方向与速度v0的方向总是相同，此时原子的速度为v2，接着重复上述过程，直到原子的速度减小到零。

    (1)求吸收和发射光子的总次数为多少?

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    图15-2-3

    （1）吸收与发射光子的总次数为多少？

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