高中物理原子物理綜合應(yīng)用例析專題輔導(dǎo)

1、高中物理 原子物理綜合應(yīng)用例析專題輔導(dǎo)湖南張安國一、與力、電知識(shí)的綜合應(yīng)用此類問題常常是將原子核的衰變與帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合而構(gòu)成綜合性題目。處理的方法：明確原子核的衰變類型，再根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)模型特點(diǎn)，有針對(duì)性地選擇規(guī)律和方法。例1.如圖1所示，在xOy坐標(biāo)平面內(nèi)，x 0的一側(cè)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B、方向垂直紙 面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) x 0的一側(cè)有一場(chǎng)強(qiáng)為 E,方向與y軸負(fù)方向成60的勻強(qiáng)電場(chǎng)。在原 點(diǎn)O處有一質(zhì)量為 M,電荷量為Q的鐳核(226 Ra)。某時(shí)刻原來靜止的鐳核沿與 x軸正方 向成60的方向放出一個(gè)質(zhì)量為 m、電荷量為q的a粒子而衰變?yōu)闅?Rn)核，設(shè)a

2、粒子 與氫核分離后它們之間的作用力忽略不計(jì)，涉及動(dòng)量問題時(shí)，虧損的質(zhì)量可不計(jì)。圖1(1)寫出鐳核衰變?yōu)闅浜说暮朔磻?yīng)方程。(2)經(jīng)過一段時(shí)間口粒子剛好到達(dá)y軸上的A點(diǎn)，測(cè)得OA = L,求此刻氫核的運(yùn)動(dòng)方解析：(1)核反應(yīng)方程：886 Ra-j 222 Rn +2 He(2)鐳核衰變時(shí)，由動(dòng)量守恒定律得(M -m)v0 =mva圖2a粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖2所示)，由幾何知識(shí)可知，到達(dá) A點(diǎn)需 TOC o 1-5 h z 時(shí)間t為圓周運(yùn)動(dòng)周期T的5,即1=5=匈66 qB 3qB2又軌跡圓半徑為 R=L,且所受洛倫茲力提供向心力qvaB =va,可得mva=qBL由、兩式可得v0

3、 =-qBLM - m因氫核垂直射入電場(chǎng)，在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)方向由牛頓第二定律得(Q -q)E =(M -m)at時(shí)刻氫核沿電場(chǎng)方向的分速度為v I =at設(shè)t時(shí)刻氫核的速度方向與電場(chǎng)成a角，如圖2所示，由運(yùn)動(dòng)的合成可知tana=0豈v,22 .由、式得 tan -； = 3q B L5二(Q -q)Em3q2B2l所以二二arctan 3q B L5二（Q -q）Em點(diǎn)評(píng)：（1）鐳核發(fā)生衰變后，產(chǎn)生的新核“氫核”已經(jīng)具有一定的速度，這一點(diǎn)常常被 忽視，誤認(rèn)為氫核是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。（2）衰變過程實(shí)質(zhì)上就是典型的“反沖”模型，常要借助動(dòng)量守恒定律進(jìn)行分析。二、與光學(xué)知識(shí)的綜

4、合應(yīng)用此類問題常常是原子的能級(jí)和光電效應(yīng)的結(jié)合及核能與光能相互轉(zhuǎn)化的綜合。處理方法是：（1）畫出原子的能級(jí)圖，區(qū)別原子躍遷與電離，繪制躍遷時(shí)吸收光子或輻射光子時(shí)的譜線圖；（2）用愛因斯坦的光子說、質(zhì)能方程和光電效應(yīng)方程解答相關(guān)能量轉(zhuǎn)化問題。例2.如圖3所示為氫原子的能級(jí)示意圖，現(xiàn)有大量處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級(jí)上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，在此過程中發(fā)出6種光子，頻率依次為v1、v2、v3、v4、v5、v6 ,且頻率依次增大，用它們照射一玻璃磚時(shí)，分成a、b、c、d、e、f六束光（如圖4所示），用e光照射某一金屬時(shí)， 能發(fā)生光電效應(yīng)，讓產(chǎn)生的光電子射入一 平行板電容器產(chǎn)生的

5、電場(chǎng)中減速，當(dāng)兩板電勢(shì)差大于等于8.9V時(shí)，所有的電子不能到達(dá)另一極板。432/eV %,85 1.51 -3M 13.6圖3（1）求該金屬的逸出功 Wo（2）用b光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，已知單縫屏到雙縫屏間距為L(zhǎng)1=0.100m,雙縫屏與像屏間距為L(zhǎng)2 = 0.700m ,雙縫屏中兩縫間距為 d =2M10“m ,求干涉條紋中相鄰兩明紋的間 品巨 X。0&3-3.40I-3AJ.8513.6-1.51解析：（1）先畫出躍遷圖（如圖 5所示），由hV=En -Em可計(jì)算出自左向右釋放光子 的頻率依次減小，由圖 4結(jié)合色散知識(shí)可知 a、b、c、d、e、f六束光的頻率依次增大，即 它們的頻率依次為 vv

6、2、v3、v4、v5、v6。由躍遷知識(shí)可知hv5 =-1.51eV -（-13.6eV） =12.09eV.設(shè)產(chǎn)生光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能為Ek ,則有Ek =eU=8.9eV.又由光電效應(yīng)方程得 Ek =hv5 -W ,故有W =hv5 -Ek =12.09eV 8.9eV =3.19eV.(2)同理 hv2 =1.51eV _(240eV) =1.89eV ,即可得 b 光的頻率V21.89 1.6 10,96.63 10 承Hz =4.56 1014 Hz.一 L2又c = 3.2V2和Ax = 九2 ,所以有 dL2c 0.700 3 108x = =m = 2.3mmdV22 10 4 4.56 1014