- 光源与激光
- 共670题
为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失,可在透镜表面涂上一层增透膜,一般用折射率为1.38的氟化镁,为了使波长为5.52×10-7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消,求所涂的这种增透膜的厚度.
正确答案
由于人眼对绿光最敏感,所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消,
但薄膜的厚度不宜过大,只需使其厚度为绿光在膜中波长的,使绿光在增透膜的前、后两个表面上的反射光互相抵消.
而光从真空进入某种介质后,其波长会发生变化.
若绿光在真空中波长为λ0,在增透膜中的波长为λ,由折射率与光速的光系和光速与波长及频率的关系得:
n==
,
得λ=,
那么增透膜厚度d=λ=
=
m=1×10-7m.
答:所涂的这种增透膜的厚度是1×10-7m
氢原子的能级如图所示。有一群处于n=4能级的氢原子,若原子从n=4向n=2跃迁时所发出的光正好使某种金属产生光电效应,则:
①这群氢原子发出的光中共有 种频率的光能使该金属产生光电效应;
②从n=4向n=1跃迁时发出的光照射该金属,所产生的光电子的最大初动能为 eV。
正确答案
①4 (2分) ②10.2 (2分)
试题分析:从n=4能级往下跃迁功能释放6中不同频率的光子,若原子从n=4向n=2跃迁时所发出的光正好使某种金属产生光电效应,则该金属的逸出功为,根据跃迁假说可得:上述6中光子中有4中可使该金属发生光电效应;从n=4向n=1跃迁时发出的光子的能量
,根据光电效应方程
.1916年,爱因斯坦指出,光子不仅具有能量,而且像实物粒子一样具有大小为
的动量.类H原子能级可用如下公式来描述:
,其中Z为原子序数.
(1) H原子基态和第一激发态的能量各为多少电子伏特?
(2)为使处于基态H原子进入激发态,入射光子所需的最小能量为多少?
(3) H原子从第一激发态跃迁回基态时,如果考虑到原子的反冲,辐射光子的频率与不考虑原子的反冲相比,是增大还是减小?求它所发射的光子波长的相对变化.
(已知电子电荷取1. 60×10-19C,质子和中子质量均取1. 67×10-27kg,计算中可采用合理的近似)
正确答案
(1)-3.4eV
(2)10.2eV (3)减小
:(1)类H原子能级表达式为,其中Z=1
基态和第一激发态分别对应n=l,n=2.则
基态 ,
第一激发态 。
(2)使H原子进入第一激发态的入射光子最小能量为。
(3)减小.
不计H原子反冲时,辐射的光子频率为。
考虑H原子反冲时,设反冲的动能为,辐射的
光子为,由能量守恒得
。
可见辐射光子的频率降低了,能量减小了.
由动量守恒得,
波长的相对变化为
因为>>h
>>h(
-
)
所以
(6分)如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,并用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠。
①这群氢原子能发出______种不同频率的光,其中有____种频率的光能使金属钠发生光电效应。
②金属钠发出的光电子的最大初动能_______eV。
正确答案
① 3 2 ②9.60eV
试题分析:一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程可以发出的光的种类有:n=3向n=2 ; n=3向n="1;" n=2向n="1" 三种不同频率的光;n=3向n=2时放出的能量是1.89eV,n=3向n=1时放出的能量是12.09eV, n=2向n=1时放出的能量是10.2eV,所以有2种频率的光能使钠发生光电效应;金属钠发出的光电子的最大初动能是12.09eV—2.49eV=9.60eV
如右图为氢原子的能级图,已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁,则:
①一群氢原子由n=4能级向n=1能级跃迁时最多可辐射出________种不同频率的光。
②要想使处在n=2激发态的氢原子电离至少吸收________eV的能量。
正确答案
①6②3.40
试题分析:①一群氢原子由n=4能级向n=1能级跃迁时最多可辐射出种不同频率的光。②要想使处在n=2激发态的氢原子电离,即使氢原子的能级从n=2到∞,则至少吸收0-(-3.4)eV=3.4eV的能量。
在真空中,氢原子从能级A跃迁到能级B时,辐射出波长为λl的光子;从能级A跃迁到能级C时,辐射出波长为λ2的光子。若λ1>λ2,真空中的光速为c,那么氢原子从能级B跃迁到能级C时是辐射光子还是吸收光子,这个光子的波长为多少?
正确答案
(1)辐射光子
(2)=
(1)辐射光子 …………3分
(2)由能级关系有: …………4分
解得辐射光子的波长=
…………3分
氢原子核外电子分别在、
的轨道上运动时,下列相关物理量的关系正确的有 ( )
正确答案
BD
量子数、
对应的电子的轨道半径
,B对;电子运动向心力
,由此可知A、C都错;量子数越大,氢原子能级越高,D对。
微观粒子间的碰撞也分为两大类,一类是弹性碰撞,碰撞过程中两粒子的总动能没有变化,另一类是非弹性碰撞,碰撞过程中两粒子的总动能有变化,它引起粒子内部能量的变化.不论哪类碰撞,都遵守动量守恒定律和能量守恒定律.现有一粒子甲与静止的处于基态的氢原子乙发生碰撞,已知甲的质量是乙的质量的k倍.图所示是氢原子的能级图.问粒子甲的初动能最少多大,才可能与粒子乙发生非弹性碰撞而使乙从基态跃迁到激发态?
正确答案
乙从基态跃迁到激发态所需的最小能量为它跃迁到n=2时所需的能量,大小为
。
设乙的质量为m,则甲的质量为km.设甲的初速度为v0,甲与乙发生的碰撞是完全非弹性碰撞,碰后二者具有共同的速度v,根据动量守恒定律有
,得出
。
根据能量守恒定律有,
由于完全非弹性碰撞是系统总动能损失最多的碰撞,因此甲的速度等于v0时的动能即为所求的最小初动能,即。
(6分)氢原子的能级如图所示,设各能级的能量值分别为,且
,n为量子数。有一群处于n=4能级的氢原子,当它们向低能级跃迁时,最多可发出 种频率的光子。若n=4能级的氢原子向n=2能级跃迁时,发出的光子照射到某金属时恰能产生光电效应现象,则该金属的极限频率为 (用
,普朗克常量
表示结果),上述各种频率的光子中还能使该金属产生光电效应的光子有 种。
正确答案
6、、3
试题分析:当原子从n=4能级向低能级跃迁,最多可以释放6种不同频率的光子;据光电效应方程有:,则
;还能使该金属产生光电效应的是:4 1、3 1和2 1这3种方式。
(物理-选修3-5):
(1)2010年9月1日至10月31日,乐满地成功举办第五届国际花样蹦极邀请赛.如下左图所示,“蹦极”是一项勇敢者的运动,如下右图所示,某人用弹性橡皮绳拴住身体自高空P处自由下落,在空中感受失重的滋味.若此人质量为60kg,橡皮绳长20m,人可看成质点,g取10m/s2,求此人从点P处由静止下落至橡皮绳刚伸直(无伸长)时,人的动量为______.
(2)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应,设原来处于静止状态的大量激发态氢原子,其核外电子处于n=5的能级状态轨道.已知氢原子基态能级E1=-13.6ev,氢原子质量为mH=1.67×10-27kg.
①求出可能的跃迁光子种类;
②若跃迁后光子沿某一方向飞出,且光子的动量可以用F引=F向表示,试求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率.
正确答案
(1)人从高空落下,在重力作用下做自由落体运动.他做自由落体运动的时间为t1==2s
他做自由落体运动的末速度为v=gt1=20m/s
此时他的动量为:p=mv=1200kg•m/s
(2)①可以有n=C52=10种不同频率的光子辐射.
②由题意知氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级时,氢原子具有最大反冲速率.
氢原子发生跃迁时辐射出的光子能量为E=△E=|E2-E1|=|-
|=
|E1|,开始时,
将原子(含核外电子)和即将辐射出去的光子作为一个系统.
由动量守恒定律可得m原v原-m光v光=0,光子的动量p=,氢原子的反冲动量大小为:p=m原v原=mHvH=
,
即氢原子速度为 vH=,又E=hυ
所以v原==
•
m•s-1=4.17m•s-1.
答:(1)人从点P处由静止下落至橡皮绳刚伸直(无伸长)时人的动量为1200kg•m/s
(2)①可能的跃迁光子种类 n=10;
②氢原子的最大反冲速率 4.17m•s-1
氢原子的能级如图所示,当氢原子从n=4向n=2的能级跃迁时,会 (填“辐射”或“吸收”)光子,这种光子照射在某金属上,刚好能发生光电效应,则该金属的逸出功为 eV.现有一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁,在辐射出的各种频率的光子中,能使该金属发生光电效应的频率共有 种.
正确答案
辐射;2.55;4。
试题分析:根据玻尔原子理论可知,当原子由高能级向低能级跃迁时,要放出光子;所放出的光子能量为:hν=E4-E2=-0.85eV-(-3.40)eV=2.55eV,由于此光子刚好能使某金属发生光电效应,因此该金属的逸出功为2.55eV,要使该金属能发生光电效应的光子能量必须大于或等于2.55eV,因此一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁时,所释放的光子中,除了从n=4向n=3和从n=3向n=2的能级跃迁时释放的光子能量不够,其它均可,所以共有-2=4种光子。
(4分))现用下列几种能量的光子的光照射处于基态的氢原子,A:10.25eV、B:12.09eV、C:12.45eV,则能被氢原子吸收的光子是 (填序号),氢原子吸收该光子后可能产生 种频率的光子.氢原子能级图为:
正确答案
B (2分) 3(2分)
考查能级跃迁问题,根据跃迁理论可知能被氢原子吸收的光子是12.09eV;
下列说法中正确的是______
A.X射线是处于激发态的原子核辐射出的
B.一群处于n=3能级激发态的氢原子,自发跃迁时能发出3种不同频率的光
C.放射性元素发生一次β衰变,原子序数增加1
D.235U的半衰期约为7亿年,随地球环境的变化,半衰期可能变短.
正确答案
A、x射线是位于原子内层电子跃迁才能放出的波长较短的一种电磁波,而由原子核辐射的光子能量更高,故A错误;
B、n=3能级的氢原子,自发跃迁时发出=3条谱线,故B正确;
C、β衰变指原子核内的中子发生衰变,一个中子衰变为一个质子和一个电子,所以核电荷数+1,原子序数+1故C正确;
D、半衰期是由原子核内部自身决定的,与地球环境不同,故D错误;
故选BC.
氢原子的能级如图所示,一群氢原子处于n=3的激发态,在向基态跃迁的过程中所发的光照射逸出功为2.49eV的金属钠,则从金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为__________ eV。(结果保留3位有效数字)
正确答案
9.60eV(凡是写9.6的一律按错误处理)
略
[物理--选修3-5]
(1)下列说法正确的是______.
A、光子像其他粒子一样,不但具有能量,也具有动量
B.玻尔认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的
C.将由放射性元素组成的化合物进行高温分解,会改变放射性元素的半衰期
D.原子核的质量大于组成它的核子的质量之和,这个现象叫做质量亏损
(2)如图所示,已知水平面上的P点右侧光滑,左侧与滑块间的动摩擦因数为μ.质量分别为m1和m2的两个滑块在水平面上P点的右侧分别以速度v1、v2向右运动,由于V1>V2而发生碰撞(碰撞前后两滑块的速度均在一条直线上).二者碰后m1继续向右运动,m2被右侧的墙以原速率弹回,再次与m1相碰,碰后m2恰好停止,而m1最终停在Q点.测得PQ间的距离为L.求第一次碰后滑块m1的速率.
正确答案
(1)A、光子像其他粒子一样,不但具有能量,也具有动量,故A正确
B、玻尔原子模型:电子的轨道是量子化,原子的能量是量子化,所以他提出能量量子化,故B正确
C、半衰期具有统计规律,只对大量的原子核适用,且半衰期的大小由原子核内部因素决定,与所处的物理环境和化学状态无关.故C错误
D、原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,这个现象叫做质量亏损.故D错误
故选AB.
(2)设第一次碰后m1滑块的速度大小为,滑块m2的速度大小为
,设向右为正方向,
根据动量守恒定律有m1v1+m2v2=m1+m2
…①
第二次碰撞 m1-m2
=-m1v3…②
m1过P点向左运动过程中,由动能定理得-μm1gL=0-m1
…③
解得:=
…④
故答案为:(1)AB(2)第一次碰后滑块m1的速度是=
.
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