Question

【題目】“通過(guò)觀測(cè)的結(jié)果，間接構(gòu)建微觀世界圖景”是現(xiàn)代物理學(xué)研究的重要手段，如通過(guò)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)確定了光具有粒子性。弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)是研究汞原子能量是否具有量子化特點(diǎn)的重要實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，燈絲K發(fā)射出初速度不計(jì)的電子，K與柵極G間的電場(chǎng)使電子加速，GA間加有0.5V電壓的反向電場(chǎng)使電子減速，電流表的示數(shù)大小間接反映了單位時(shí)間內(nèi)能到達(dá)A極電子的多少。在原來(lái)真空的容器中充入汞蒸汽后，發(fā)現(xiàn)KG間電壓U每升高4.9V時(shí)，電流表的示數(shù)I就會(huì)顯著下降，如圖2所示。科學(xué)家猜測(cè)電流的變化與電子和汞原子的碰撞有關(guān)，玻爾進(jìn)一步指出該現(xiàn)象應(yīng)從汞原子能量量子化的角度去解釋。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A. 汞原子基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)的能級(jí)之差可能是4.9eV

B. KG間電壓低于4.9V時(shí)，電流隨電壓增大而上升，是因?yàn)殡娮幽芰吭礁�，越容易克服反向電壓到達(dá)A極

C. KG間電壓在5~10V之間時(shí)，出現(xiàn)電流隨電壓增大而上升的一段圖線，是因?yàn)閱挝粫r(shí)間使汞原子發(fā)生躍遷的電子個(gè)數(shù)增加

D. 即使KG間電壓高于4.9V，電子也存在始終不與汞原子發(fā)生碰撞的可能性

Answer 1

【答案】C

【解析】

由題意知，KG間電壓U每升高4.9V時(shí)，電流表的示數(shù)I就會(huì)顯著下降，這說(shuō)明電子經(jīng)過(guò)加速后獲得的動(dòng)能正好達(dá)到汞原子躍遷的最低能量，也就是從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所吸收的能量，所以A正確；當(dāng)KG間的電壓低于4.9 V時(shí)，電子在KG間被加速而獲得的能量低于4.9 eV。電子與汞原子碰撞時(shí)，不能使汞原子躍遷到激發(fā)態(tài)。同時(shí)電子不會(huì)因?yàn)榕鲎捕鴵p失能量，電子能量越高越容易克服GA間的反向電壓抵達(dá)A極，因此電流隨著KG間電壓的升高也越來(lái)越大，所以B正確；當(dāng)KG間電壓在5~10V之間時(shí)，電流隨電壓增大而上升，是因?yàn)殡娮釉?/span>KG空間與汞原子碰撞而轉(zhuǎn)移掉4.9 eV的能量后，還留有足夠的能量，又能克服反向電壓從G極到達(dá)A極，電流又上升了，所以C錯(cuò)誤；因?yàn)樵�子不是�?shí)心體，所以當(dāng)電子進(jìn)入汞原子內(nèi)部時(shí)，即使KG間電壓高于4.9V，電子也存在著始終不與汞原子發(fā)生碰撞的可能性，故D正確。