科目: 来源: 题型:038
如图甲所示,是证实玻尔关于原子存在分立能态的一种实验装置的原理示意图.由电子枪A射出的电子,射入一容器B中,其中有氦气.电子在O点与氦原子发生碰撞后,进入速度选择器C,然后进入检测装置D中.
速度选择器由两个同心的圆弧形电极P1和P2组成,当两极间加有电压U时,只允许具有确定能量的电子通过,并进入检测装置D,由检测装置测出电子产生的电流I,改变电压U,同时测出I的数值,即可确定碰撞后进入速度选择器的电子的能量分布.为简单起见,设电子与原子碰撞前,原子是静止的.原子质量比电子质量大很多,碰撞后,原子虽然稍微被碰动,但忽略这一能量损失,设原子未动,当电子与原子发生弹性碰撞时,电子改变运动方向,但不损失动能.当发生非弹性碰撞时,电子损失的动能传给原子,使原子内部的能量增大.
(1)设速度选择器两极间的电压为U时,允许通过的电子的动能为Ek,试求出Ek与U的函数关系式.设通过选择器的电子的轨道半径r=20.0cm,电极P1和P2的间隔为d=1.0cm,两极间的场强大小处处相等.
(2)当电子枪射出电子的动能Ek0=50.0eV时,改变电压U,测出电流I,得出如图乙所示的U-I图像,电流出现峰值.试求各个峰值电流对应的电子的动能.
(3)根据实验结果能确定氦原子的几个激发态?各激发态的能级为多少?设基态的能级E1=0.
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2005年7月欧洲将向金星发射首枚探测器“金星快车”,在金星探测中,动力问题是一个关键问题.目前研究比较成熟又可靠的是太阳帆推进器.根据量子理论,光子不但有能量,还有动量,其计算式为p=h/l ,其中h是普朗克常量,l是光子的波长.既然光子有动量,那么光照到物体表面,光子被物体吸收或反射时,光都会对物体产生压强,这就是“光压”.
(1)一台二氧化碳气体激光器发出的激光功率为P0=1000W,射出光束的横截面积为S=1.00mm2,当它垂直照射到某一物体表面时,对该物体产生的最大光压将是多大?
(2)既然光照射物体会对物体产生光压,有人设想在遥远的宇宙探测过程中用光压力为动力推动航天器加速.给探测器安装上面积极大、反射率极高的薄膜,并让它正对太阳.已知在地球绕日轨道上,每平方米面积上得到的太阳光能的功率为1.35kW,探测器质量为M=50kg,薄膜面积为4×104m2,那么探测器能得到的加速度为多大?
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氢原子能级图如图所示,由能级图求:
(1)如果有很多氢原子处于n=3的激发态上,在原子回到基态时,可能产生哪几种跃迁.
(2)如果用动能为11eV的外来电子去激发处于基态的氢原子,可使氢原子激发到哪一个能级上?
(3)如果用能量为11eV的外来光子去激发处于基态的氢原子,结果又怎样?
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已知氢原子的基态能量E1=-13.6eV,n=2能级时的能量E2=-3.40eV,问:
(1)氢原子应吸收多大能量,才可由基态跃迁到n=2能级.
(2)如果氢原子再获得1.89eV的能量,它还可由n=2能级跃迁到n=3能级,则氢原子处于n=3能级时的能量为多大?
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根据量子理论,光子具有动量,光子的动量等于光子的能量除以光速,即p=.光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强:由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.
(1)激光器发出的一束激光的功率为P,光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量;
(2)若该激光束被物体表面完全反射,证明其在物体表面引起的光压是;
(3)设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然这只有当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行.现如果用一种密度为1.0×103kg/m3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板的厚度应小于多少?设平板处于地球绕太阳运行的公转轨道上,且平板表面所受的光压处于最大值,不考虑太阳系内各行星对平板的影响,已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×103J/m2·s(即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公转的加速度为5.9×10-3m/s2.
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如图所示,一束强可见光照射到金属条的A处,发生了光电效应.
(1)各色光在空气中的波长范围见如下:
光的颜色 波长l/mm
光的颜色 波长l/mm
红 0.77~0.62
绿 0.58~0.49
橙 0.62~0.60
蓝—靛 0.49~0.45
黄 0.60~0.58
紫 0.45~0.40
若该金属条的极限波长是0.5m m,用上表中的哪几种单色光照射这根金属条,能发生光电效应?
(2)设金属条左侧有一个方向垂直纸面向里、磁感应强度为B且面积足够大的匀强磁场.涂有荧光材料的金属小球P(半径忽略不计)置于金属条的正上方,与A点相距为L,如图所示.当强光束照射到A点时发生光电效应,小球P由于受到光电子的冲击而发出荧光.在纸面内若有一个与金属条成q 角射出的比荷为的光电子恰能击中小球P,求该光电子的速率v.
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已知氘核质量为2.0136u,中子质量为1.0087u,核的质量为3.0150u.
(1)写出两个氘核聚变成的核反应方程;
(2)计算上述核反应中释放的核能;
(3)若两氘核以相等的动能=0.35MeV作对心碰撞即可发生上述核反应,且释放的核能全部转化为机械能.则反应中生成核和中子的能各是多少?(计算结果保留两位有效数字)
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1909年~1911年英国物理学家卢瑟福与其合作者做了用a粒子轰击金箔的实验.发现绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,少数a粒子发生了较大偏转,并且有极少数a 粒子偏转超过了90°,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到180°,这就是a粒子散射实验.(下列公式或数据为已知:点电荷的电势j=k,k=9.0×109N·m2/C2,金原子序数为79,a粒子质量ma=6.64×10-27kg,a粒子速度va=1.6×107m/s,电子电量e=1.6×10-19C)
(1)根据以上实验现象能得出关于金箔中金(Au)原子结构的一些信息.试写出其中三点:
①________________________________;
②________________________________;
③________________________________.
(2)估算金原子(Au)核的半径大小.
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一等腰直角棱镜放在真空中,如图甲所示,AB=AC=D.一束单色光以60°的入射角从AB侧面中点射入,折射后再从AC侧面折射出时,出射光线偏离入射光线的偏向角为30°.已知单色光在真空中的光速为c,求此单色光通过三棱镜的时间是多少?
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