圖3－（甲）是證實(shí)玻爾關(guān)于原子內(nèi)部能量量子化的一種實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，從電子槍A射出的電子進(jìn)入充有氦氣的容器B中，在O點(diǎn)與氦原子核碰撞后進(jìn)入速度選擇器C，而氦原予則由低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)．速度選擇器C由兩個(gè)同心圓弧電極P1和P2組成，電極間場(chǎng)強(qiáng)方向沿半徑方向．當(dāng)兩極間加電壓U時(shí)，只允許具有確定能量的電子通過(guò)，并進(jìn)入檢測(cè)裝置D，由檢測(cè)裝置D測(cè)出電了產(chǎn)生的電流I．改變電壓，同時(shí)測(cè)出I的數(shù)值，就可以確定碰撞后進(jìn)入速度選擇器的電子能量分布．為研究方便：①忽略電子重力；②設(shè)電子與原子碰撞前原子靜止，原子質(zhì)量比電子大得多，碰撞后原子雖被稍微移動(dòng)但仍可忽略電子的這一能量損失，即假設(shè)碰撞后原子仍不動(dòng)；③當(dāng)電子與原子做彈性碰撞時(shí)，電子損失的動(dòng)能傳給原子，使原子內(nèi)部能量增加．

⑴設(shè)速度選擇器兩端電壓為UV時(shí)，允許通過(guò)的電子動(dòng)能為EleV．試寫(xiě)出EleV與UV的關(guān)系式．設(shè)通過(guò)速度選擇器的電子軌跡半徑r＝2m，電極P1與P2的間隔d＝0.1m，兩極間場(chǎng)強(qiáng)的大小處處相等．

⑵如果電子槍射出的電予動(dòng)能Ek＝50eV，改變P1與P2之間的電壓U，測(cè)得電流I，得到U－I圖線如圖3－（乙）所示．圖線表明當(dāng)電壓U分別為5.00V、2.88V、2.72V、2.64V時(shí)，電流出現(xiàn)峰值．試說(shuō)明U＝5.00V與U＝2.88V時(shí)，電子和氦原子碰撞時(shí)電子能量的變化情況．求出氦原子三個(gè)激發(fā)態(tài)的能級(jí)En，設(shè)基態(tài)能量E1＝0。                                   圖3


解：(1)當(dāng)兩極間電壓為U時(shí)，具有速度v的電子進(jìn)入速度選擇器兩極間的電場(chǎng)中，所受電場(chǎng)力方向與v垂直，且大小不變，則電子在兩極間做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力提供向心力，設(shè)電子質(zhì)量為m，電量為e,則電場(chǎng)力F=qE=eU/d

根據(jù)牛頓第二定律有      eU/d=mv2/R

解得電子動(dòng)能Ek=mv2/2=eUR/2d=10.0U(eV)      (6分)

即動(dòng)能與電壓成正比,此結(jié)果表明當(dāng)兩極間電壓為U時(shí)，允許通過(guò)動(dòng)能為10.0U（eV）的電子，而那些大于或小于10U（eV）的電子，由于受到過(guò)小或過(guò)大的力作用做趨心或離心運(yùn)動(dòng)而分別落在兩電極上，不能到達(dá)檢測(cè)裝置D.

（2）I—U圖線表明電壓為5.0 V時(shí)有峰值，表明動(dòng)能為50.0 eV的電子通過(guò)選擇器，碰撞后電子動(dòng)能等于入射時(shí)初動(dòng)能，即碰撞中原子沒(méi)有吸收能量，其能級(jí)不變．

當(dāng)電壓為2.88 V、2.72 V、2.64 V時(shí)出現(xiàn)峰值，表明電子碰撞后，動(dòng)能分別從50.0 eV，變?yōu)?8.8 eV，27.2 eV、26.4 eV,電子通過(guò)選擇器進(jìn)入檢測(cè)器，它們減小的動(dòng)能分別在碰撞時(shí)被原子吸收，I—U圖線在特定能量處出現(xiàn)峰值，表明原子能量的吸收是有選擇的、分立的、不連續(xù)的存在定態(tài).(例如在電壓為4.0 V時(shí)沒(méi)有電流，表明碰撞后，電子中沒(méi)有動(dòng)能為40.0 eV的電子，即碰撞中，電子動(dòng)能不可能只損失（50.0-40.0）eV=10.0 eV，也就是說(shuō)氦原子不吸收10.0 eV的能量，即10.0 eV不滿足能級(jí)差要求)(4分)

（3）設(shè)原子激發(fā)態(tài)的能極為En，E1=0，則從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，氦原子可能的激發(fā)態(tài)能級(jí)中有以下幾個(gè)能級(jí)存在：

（50．0-28．8）eV=21.2 eV

(50.0-27.2)eV=22.8 eV

(50.0-26.4)eV=23.6 eV   (6分)


練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


在光滑的水平軌道上有兩個(gè)半徑都是r的小球A和B,質(zhì)量分別為m和2m,當(dāng)兩球心間的距離大于l(l比2r大得多)時(shí),兩球之間無(wú)相互作用力:當(dāng)兩球心間的距離等于或小于l時(shí),兩球間存在相互作用的恒定斥力F.設(shè)A球從遠(yuǎn)離B球處以速度v0沿兩球連心線向原來(lái)靜止的B球運(yùn)動(dòng),如圖所示.欲使兩球不發(fā)生接觸,v0必須滿足什么條件?

 

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


速調(diào)管是用于甚高頻信號(hào)放大的一種裝置（如圖11所示），其核心部件是由兩個(gè)相距為s的腔組成，其中輸入腔由一對(duì)相距為l的平行正對(duì)金屬板構(gòu)成（圖中虛線框內(nèi)的部分）。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，為計(jì)算方便，在以下的討論中電子之間的相互作用力及其重力均忽略不計(jì)。

（1）若輸入腔中的電場(chǎng)保持不變，電子以一定的初速度v0從A板上的小孔沿垂直A板的方向進(jìn)入輸入腔，而由B板射出輸入腔時(shí)速度減為v0/2，求輸入腔中的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小及電子通過(guò)輸入腔電場(chǎng)區(qū)域所用的時(shí)間t；

（2）現(xiàn)將B板接地（圖中未畫(huà)出），在輸入腔的兩極板間加上如圖12所示周期為T的高頻方波交變電壓，在 t=0時(shí)A板電勢(shì)為U0，與此同時(shí)電子以速度v0連續(xù)從A板上的小孔沿垂直A板的方向射入輸入腔中，并能從B板上的小孔射出，射向輸出腔的C孔。若在nT～（n+1）T的時(shí)間內(nèi)（n=0，1，2，3……），前半周期經(jīng)板射出的電子速度為v1（未知），后半周期經(jīng)B板射出的電子速度為v2（未知），求v1與v2的比值；（由于輸入腔兩極板間距離很小，且電子的速度很大，因此電子通過(guò)輸入腔的時(shí)間可忽略不計(jì)）

（3）在上述速度分別為v1和v2的電子中，若t時(shí)刻經(jīng)B板射出速度為v1的電子總能與t+T/2時(shí)刻經(jīng)B板射出的速度為v2的電子同時(shí)進(jìn)入輸出腔，則可通過(guò)相移器的控制將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為輸出腔中的電場(chǎng)能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)甚高頻信號(hào)進(jìn)行放大的作用。為實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，輸出腔的C孔到輸入腔的右極板B的距離s應(yīng)滿足什么條件？

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖。一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面積為A的小噴口，噴口離地的高度為h。管道中有一絕緣活塞。在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒a、b，其中棒b的兩端與一電壓表相連，整個(gè)裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)棒a中通有垂直紙面向里的恒定電流I時(shí)，活塞向右勻速推動(dòng)液體從噴口水平射出，液體落地點(diǎn)離噴口的水平距離為S。若液體的密度為ρ，不計(jì)所有阻力，求：

（1）活塞移動(dòng)的速度；

（2）該裝置的功率；

（3）磁感強(qiáng)度B的大��；

（4）若在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)變小，試分析其可能的原因。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖（a）所示，光滑的平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，間距為L、導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直跨接在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)，且接觸良好。在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。開(kāi)始時(shí)，導(dǎo)體棒靜止于磁場(chǎng)區(qū)域的右端，當(dāng)磁場(chǎng)以速度v1勻速向右移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒隨之開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受到水平向左、大小為f的恒定阻力，并很快達(dá)到恒定速度，此時(shí)導(dǎo)體棒仍處于磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。

⑴求導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度v2；

⑵為使導(dǎo)體棒能隨磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，阻力最大不能超過(guò)多少？

⑶導(dǎo)體棒以恒定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)克服阻力所做的功和電路中消耗的電功率各為多大？

⑷若t＝0時(shí)磁場(chǎng)由靜止開(kāi)始水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)較短時(shí)間后，導(dǎo)體棒也做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其v－t關(guān)系如圖（b）所示，已知在時(shí)刻t導(dǎo)體棒瞬時(shí)速度大小為vt，求導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小。

 


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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


某大型游樂(lè)場(chǎng)內(nèi)的新型滑梯可以等效為如圖所示的物理模型．一個(gè)小朋友在AB段的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1＜tanθ，BC段的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2＞tanθ，他從A點(diǎn)開(kāi)始下滑，滑到C點(diǎn)恰好靜止，整個(gè)過(guò)程中滑梯保持靜止?fàn)顟B(tài)．則該小朋友從斜面頂端A點(diǎn)滑到底端C點(diǎn)的過(guò)程中

A．地面對(duì)滑梯的摩擦力方向先水平向左，后水平向右

B．地面對(duì)滑梯始終無(wú)摩擦力作用

C．地面對(duì)滑梯的支持力的大小始終等于小朋友和滑梯的總重力的大小

D．地面對(duì)滑梯的支持力的大小先大于、后小于小朋友和滑梯的總重力的大小

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖，水平放罝的直導(dǎo)線正下方有一只可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針.當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)自右向左的電流時(shí)，小磁針N極的轉(zhuǎn)動(dòng)情況是

A.垂直于紙面向里轉(zhuǎn) 

B.垂直于紙面向外轉(zhuǎn)

C.在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)

D.在紙面內(nèi)逆時(shí)計(jì)轉(zhuǎn)

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖所示，在水平面上有兩條光滑的長(zhǎng)直平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ，電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌間距離為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在平面。質(zhì)量均為m的兩根金屬a、b放置在導(dǎo)軌上，a、b接入電路的電阻均為R。輕質(zhì)彈簧的左端與b桿連接，右端固定。開(kāi)始時(shí)a桿以初速度。向靜止的b桿運(yùn)動(dòng)，當(dāng)a桿向右的速度為時(shí)，b桿向右的速度達(dá)到最大值，此過(guò)程中a桿產(chǎn)生的焦耳熱為Q，兩桿始終垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌接觸良好，則b桿達(dá)到最大速度時(shí)

A．b桿受到彈簧的彈力為

B．a(chǎn)桿受到的安培力為

C．a(chǎn)、b桿與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能減少量為Q

D．彈簧具有的彈性勢(shì)能為

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


下列是關(guān)于物理學(xué)研究方法或物理學(xué)史的幾種說(shuō)法，其中敘述正確的是

A．探究求合力的方法實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了控制變量法

B．用點(diǎn)電荷來(lái)代替實(shí)際帶電體運(yùn)用了理想模型法

C．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，并測(cè)出了引力常量

D．法拉第明確了制造發(fā)電機(jī)的科學(xué)依據(jù)，使電能在生產(chǎn)生活中大規(guī)模應(yīng)用成為可能

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