對粒子散射實驗的探討.doc

對粒子散射實驗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)射出來的粒子，帶兩個單位正電荷，質(zhì)量為氫原子的4倍實際是氦原子核，射出時的速度的為光速的1/10，粒子的電離作用很強，因此在空氣中只能前進幾厘米。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驗研究原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)無法直接觀察到，要用高速離子進行轟擊，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，所以選取粒子進行散射實驗。三、為什么粒子散射實驗用金箔？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，粒子與金核間的庫侖力大，發(fā)生偏轉(zhuǎn)時明顯，所以選金做粒子散射實驗。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驗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幾厘米。五、關(guān)于粒子散射的實驗結(jié)論與核式結(jié)構(gòu)模型。1、 絕大多數(shù)粒子沒有明顯偏轉(zhuǎn)，說明原子內(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180。說明帶正電的物質(zhì)集中在體積很小的范圍內(nèi)，叫原子核。因為電子質(zhì)量是粒子質(zhì)量的1/7300倍，對粒子的偏轉(zhuǎn)幾乎沒有影響，與電子正碰也不會被反彈，只能是帶正電的物質(zhì)對極少數(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驗的結(jié)論，結(jié)合行星繞太陽運轉(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運轉(zhuǎn)，衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)結(jié)合起來，找到它們的異同，從而起到加深理解、促進記憶的作用。相似之處：1、衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)軌道一般可看成圓，萬有引力提供向心力，即氫原子中電子繞核做圓周運動向心力為庫侖力。即2、做圓周運動的線速度，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，電子做圓周運動時，動能、勢能、總能量隨半徑變化的規(guī)律相似。半徑越大，衛(wèi)星動能越小，重力勢能越大，總能量越大。半徑越大，電子動能越小，電勢能越大，總能量越大。不同之處：研究衛(wèi)星時往往是地面為零勢能面，衛(wèi)星重力勢能為正值；研究電子繞核運轉(zhuǎn)時往往選無限遠(yuǎn)處為零電勢能面，電子的電勢能為負(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，電子繞核運轉(zhuǎn)的軌道半徑是不連續(xù)的。談氫原子的能級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分別為兩能級對應(yīng)的能量，對這一知識點清常見的考題有兩類。1、氫原子從高能級向低能級躍遷問題，氫原子從第n能級向低能級躍遷時，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)生躍遷時最多能輻射 條光譜線，其中頻率最低的光波長為 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點撥：本題為一群氫原子，若為一個氫原子，光譜線最多的條數(shù)將為N=2，因為一氫原子或者從n=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。兩種情況不可同時發(fā)生，故光譜條數(shù)最多為2條。例2：現(xiàn)有1200個氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(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的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(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的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的”這一敘述的含意，這一敘述表明：在現(xiàn)有的1200個氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級上，而這1200個氫原子受激躍遷到新的能級后，最后都回到基態(tài)，這些受激氫原子躍遷到較低能級的原子數(shù)不盡相同，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為4的能級躍遷到量子數(shù)為1的能級上從而發(fā)射出1200 = 400個光子，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為4的能級躍遷到量子數(shù)為2的能級上從而發(fā)射出1200 = 400個光子，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的能級躍遷到量子數(shù)為1的能級上從而發(fā)射出400 = 400個光子，當(dāng)氫原子核外電子從量子數(shù)為4的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級上從而發(fā)射出1200 = 400個光子，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的能級上從而發(fā)射出400 = 200個光子，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的能級上從而發(fā)射出200 = 200個光子，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的能級上從而發(fā)射出400 = 200個光子，故在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)為 N = 400 + 400 + 400 + 400 + 200 + 200 + 200 = 2200個光子，其能級躍遷分布示意圖如圖 1 所示。點撥：本題的極易誤選 D 選項，平時教學(xué)與復(fù)習(xí)備考中只涉及到單個氫原子的核外電子從某一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)過程中可能出現(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，錯誤地認(rèn)為每一個氫原子可產(chǎn)生 6 種不同頻率的光子，并都是從量子數(shù)為4的能級上躍遷的，然后套用（1200）6 = 2400個光子，造成這一錯誤的原因主要是沒有仔細(xì)審題，讀懂題意，不善于根據(jù)不同條件和不同物理場景下將所學(xué)物理知識進行遷移和靈活運用，歸根結(jié)底還是個能力問題。2、氫原子由低能級向高能級躍遷問題此類問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，只能滿足光子的能量為兩定態(tài)間能級差時才能被吸收。光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量大于電離能時，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用來使電子電離，另一部分可用來增加電子離開核的吸引后的動能。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，由于實物的動能可全部或部分被氫原子吸收，故只要入射粒子的動能大于或等于原子兩能級的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向高能級躍遷。例3：(2004北京卷17題)氦原子被電離一個核外電子，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，氫原子從一個能級躍遷到能級的過程中，只能吸收或放出一個一定頻率的光子，這個光子的能量等于氫原子的兩個能級差。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，通過計算可知， -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的光子與任何能級差都不相等。故選B。但如果選項中的能量來源不僅僅是光子，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。這時需要我們對原子躍遷問題有一個深刻的認(rèn)識，即原子的核外電子獲得能量后從低能級躍遷到高能級。例4：氦原子被電離一個核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子的能級示意圖如圖所示（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)選項中電子的動能大于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，只能吸收剛好是原子兩能級差的能量的光子；光子能量大于或等于電離能時，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，其動能不一定全部轉(zhuǎn)移給氫原子，因此只要其動能大于或等于氫原子兩能級能量差，就可以使氫原子發(fā)生躍遷。原子物理與其他知識相結(jié)合的綜合問題山東泰安寧衍慶從近幾年高考理綜試題來看，原子物理越來越受到高考命題者的青睞，成為高考命題熱點，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點又能有機的結(jié)合起來。在學(xué)習(xí)中又要注重原子結(jié)構(gòu)知識點的學(xué)習(xí)，又要加強與其他知識相結(jié)合的綜合性問題的學(xué)習(xí)。一、原子物理與電場知識的結(jié)合例1（2005年江蘇物理卷）根據(jù)粒子散射實驗，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的等勢線，實線表示一個粒子的運動軌跡。在粒子從a運動到b，再運動到c的過程中，下列說法中正確的是（ ）A、動能先增加，后減少B、電勢能先減少，后增加C、電場力先做負(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運動到b，受到排斥力作用，電場力做負(fù)功，動能減少，電勢能增大；粒子從b再運動到c，電場力做正功，動能增加，電勢能減少；到達c點時，由于a、c在同一等勢面上，所以從a到c總功為零，故A、B錯，C對粒子從a到b，場強增大，加速度增大；從b到c，場強減小，加速度較小，故D錯。點撥：本題涉及到電場力做功、動能、電勢能、加速度等知識點，考查學(xué)生運用所學(xué)知識綜合解決問題的能力。二、原子物理，與光電效應(yīng)的結(jié)合例2：（2005年全國理綜II卷）右圖中畫出了氫原子的4個能級，并注明了相應(yīng)的能量E。處在n=4的能級的一群氫原子向低能級躍遷時，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能級向低能級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能級躍遷到n=3能級和從n=3躍遷到n=2能級時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)綜合知識點，對多個知識點的聯(lián)合考查，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。三、原子物理與動量守恒、圓周運動、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，會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）。214P0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(biāo)記原子中最靠近核的三個電子層）使其電離，實驗測得從214P0原子的K、L、M層電離出的電子的動能分別為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)生機理，學(xué)生閱讀題干知識后可將本題提煉為（1）214Po的原子核回到基態(tài)時，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，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，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，可能發(fā)射的原子特征射線的能量為EM-EL=0.013MeV。故項A、C都正確。點撥：該題所述的通過“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)理論遷移過來，問題就會迎刃而解。例4、（2002年高考題）要使一個中性鋰原子最外層的電子脫離鋰原子所需的能量是5.39eV，要使一個中性氟原子結(jié)合一個電子形成一個氟離子所放出的能量是3.5leV，則將一個電子從鋰原子轉(zhuǎn)移到氟原子所須提供的能量為_。解析：根據(jù)玻爾理論和能量守恒知，將一個電子從鋰原子轉(zhuǎn)移到氟原子所須提供的能為5.39eV3.51eV=1.99eV?！菊f明】要善于從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度去分析、解決物理問題，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思考物理問題。例5、氫原子放出一個光子后，根據(jù)玻爾理論，氫原子的（ ）A、 核外電子的電勢能增大 B、核外電子的動能增大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，進入低能級軌道，半徑R減小。由k可知R，v，核外電子動能變大。B選項正確，A、D選項不正確，又周期T=,因為R，v,故T，故C選項錯誤。所以本例的正確答案為B?！菊f明】玻爾的原子模型在解釋氫原子光譜上獲得了成功，但用來解釋比較復(fù)雜的原子光譜時卻碰到很大的困難，理論推導(dǎo)出來的結(jié)論跟實驗事實出入很大，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多的經(jīng)典物理理論。例6、1914年，弗蘭克和赫茲在實驗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能。解析：電子和原子作用過程無外力作用，因此，二者構(gòu)成的系統(tǒng)動量守恒、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,則有得有實數(shù)解，必有0，即0【說明】 動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選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確。全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分1、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說可以解決的問題是 （ AB ） A解釋 粒子散射現(xiàn)象 B用 粒子散射的實驗數(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 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粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四 個位置時，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是（ABD） A相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A 位置時少得多C放在C、D位置時屏上觀察不到閃光D放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少4、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=l，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 ( C )A B C D5、a光經(jīng)過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光照射某金屬時不能發(fā)生光電 效應(yīng)，則用b 光照射該金屬時也不能發(fā)生 光電效應(yīng)D若a光是氫原子從n3的能級向n2的能級躍遷時產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n4的能級向n2的能級躍遷時產(chǎn)生的6、（06廣州1）氫原子能級如圖所示，一群原處于n4 能級的 氫原子回到n 1的狀態(tài)過程中（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。核外電子運動速度越大C原子能量越大 D。電勢能越小8、氫原子從第2能級躍遷到第1能級過程中的能量變化，有下列說法：電子的動能一定增大；原子系統(tǒng)的電勢能一定減??；電子動能的增加量一定等于系統(tǒng)電勢能的減少量；電子動能的增加量一定小于系統(tǒng)電勢能的減少量。以上說法中正確的有（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能級躍遷到第2能級時輻射出的光子的波長是_nm，這種光子屬于_ 光。（已知氫原子的基態(tài)能級為-13.6eV） 10、原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為1的光子；原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為2的光子，已知12那么原子從a能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時將要_（填“吸收”或“輻射”）波長為_的光子11、一群處于量子數(shù)n = 3的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出的光譜線條數(shù)是_。 12、已知氫原子基態(tài)能量為-13.6Ev，第二能級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。如果再吸收1.89eV能量，還可由第二能級躍遷到第三能級，則氫原子的第三能級E3 =_eV。13、如圖給出了氫原子的四個能級、大量氫原子在這些能級之間躍遷 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動的可能軌跡，在圖中完成中間兩條粒子的運動軌跡。 三、本題共4小題，36分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。15（8分）氫原子處于基態(tài)時，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動可等效為一環(huán)形電流，則氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài)時，核外電子運動的等效電流多大？（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，試通過計算說明有幾條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)？GAVPE rSNMbaR016（8分）、如圖所示是測定光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子比荷的簡要實驗原理圖，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)射沿不同方向運動的光電子，形成電流，從而引起電流計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，電流恰好為零。切斷開關(guān)，在MN間加垂直于紙面的勻強磁場，逐漸增大磁感強度，也能使電流為零，當(dāng)磁感強度為B時，電流恰為零。試求光電子的比荷em。（）GbaKRR0PEOD17、（10分）氫原子從3.4eV的能級躍遷到0.85eV的能級時，是發(fā)射還是吸收光子？這種光子的波長是多少（計算結(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，電源電動勢E1.5V，內(nèi)阻r0.25，圖中電路在D點交叉，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為滑動端從變阻器的兩端點ab可測得其總阻值為14當(dāng)用上述氫原子兩能級間躍遷而發(fā)射出來的光照射圖中的光電管，欲使電流計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）湯姆生用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實驗裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過A中心的小孔沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P間的區(qū)域當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O點，(O與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計此時，在P和P間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場調(diào)節(jié)磁場的強弱，當(dāng)磁感應(yīng)強度的大小為B時，亮點重新回到O點已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2 (如圖所示) (1)求打在熒光屏O點的電子速度的大小。(2)推導(dǎo)出電子的比荷的