Общая физика (стр. 4 )

1. Кинетическая энергия протона в четыре раза меньше его энергии покоя. Вычислить дебройлевскую длину волны протона.

Дано: ;

Найти: .

Решение. Длина волны де Бройля определяется по формуле

, (1)

где h-постоянная Планка; р - импульс частицы.

Так как по условию задачи

, (2)

кинетическая энергия Т протона сравнима с его энергией покоя Е0, импульс р и кинетическая энергия связаны релятивистским соотношением

(3)

где с-скорость света в вакууме. Подставляя в (3) условие (2), найдем

(4)

Учитывая равенство (4), запишем (1) в виде

(5)

Подставляя в (5) числовые значения, получим

Ответ:

2. Масса движущегося электрона в три раза больше его массы покоя. Чему равна минимальная неопределенность координаты электрона?

Дано: m=3m0; m0=0,91·10-30 кг.

Найти: .

Решение. Согласно соотношению неопределенности Гейзенберга,

(1)

где и - неопределенности координаты и импульса частицы;

h-постоянная Планка.

Учитывая, что

(2)

где m-масса; v- скорость частицы, соотношение (1) можно представить в виде

(3)

Поскольку неопределенность скорости , как и сама скорость, не может превышать скорость света с в вакууме, то

. (4)

Согласно условию,

. (5)

Подставляя в (4) условие (5), получим

(6)

Проведя вычисления, найдем

.

Ответ: .

3. Частица находится в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме шириной l на втором энергетическом уровне. В каких точках ямы плотность вероятности обнаружения частицы совпадает с классической плотностью вероятности.

Дано: l; ; n=2.

Найти: x.

Решение. Волновая функция , описывающая состояние частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме шириной l, имеет вид

(1)

где n-номер энергетического уровня (т=1, 2,3, …); х - координата частицы в яме .

Согласно физическому смыслу волновой функции,

, (2)

где - плотность вероятности обнаружения частицы в точке с координатой х.

Если частица находится на втором энергетическом уровне (n=2), то

. (3)

В соответствии с принципом соответствия Бора, выражение для классической плотности вероятности получается при

. (4)

Приравнивая по условию задачи выражение (3) к (4), получим

. (5)

Решая уравнение (5), найдем

k=0, (6)

В пределах ямы таких точек четыре:

.

Ответ: .

4. Вычислить дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи ядра .

Решение. Дефект массы ядра определяется по формуле

, (1)

где Z-зарядовое число; А - массовое число; mp - масса протона; -масса нейтрона; - масса ядра.

Формулу (1) можно также записать в виде

где - масса атома ; - масса атома, дефект массы ядра которого определяется.

Из справочных таблиц находим:

а. е.м.; а. е.м.; а. е.м.

Подставляя в (2) числовые данные (для числа Z=8 и A=16), получим

а. е.м.

Энергия связи ядра определяется по формуле

, (3)

где с - скорость света в вакууме.

Если дефект массы выражать в , а энергия связи - в , то формула (3) принимает вид

. (4)

Подставляя в (4) числовые значения, получим

.

Удельная энергия связи вычисляется по формуле

. (5)

Проводя вычисления, получим

.

Ответ: ;

5. Дебаевская температура кристалла равна 150К. Определить максимальную частоту колебаний кристаллической решетки. Сколько фотонов такой частоты возбуждается в среднем в кристалле при температуре 300К?

Дано: ; Т=300К.

Найти: .

Решение. Дебаевская температура

, (1)

где - максимальная частота колебаний кристаллической решетки; h-постоянная Планка; k-постоянная Больцмана.

Из (1) найдем

(2)

Подставляя в (2) числовые значения, получаем

Среднее число фотонов с энергией :

(3)

где Т-термодинамическая температура кристалла.

Энергия фотона, соответствующая частоте колебаний ,

(4)

Подставляя (4) в (3), находим

,

Ответ: ;

Контрольная работа №6

Таблица вариантов для специальностей, учебными планами которых предусмотрено по курсу физики шесть контрольных работ

Вариант	Номера задач
0	600	610	620	630	640	650	660	670	680	690
1	601	611	621	631	641	651	661	671	681	691
2	602	612	622	632	642	652	662	672	682	692
3	603	613	623	633	643	653	663	673	683	693
4	604	614	624	634	644	654	664	674	684	694
5	605	615	625	635	645	655	665	675	685	695
6	606	616	626	636	646	656	666	676	686	696
7	607	617	627	637	647	657	667	677	687	697
8	608	618	628	638	648	658	668	678	688	698
9	609	619	629	639	649	659	669	679	689	699

600. Невозбужденный атом водорода поглощает квант излучения с длиной волны λ = 102,6 нм. Вычислить, пользуясь теорией Бора, радиус r электронной орбиты возбужденного атома водорода.

601  Вычислить по теории Бора радиус r2 второй С стационарной орбиты и скорость ν2 электрона на этой орбите для атома водорода.

602. Вычислить по теории Бора период Т вращения электрона в атоме водорода, находящегося в возбужденном состоянии, определяемом главным квантовым числом n = 2.

603. Определить изменение энергии ∆E электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с частотой v = 6,28 -1014 Гц.

604. Во сколько раз изменится период T вращения электрона в атоме водорода, если при переходе в невозбужденное состояние атом излучил фотон с длиной волны λ, = 97,5нм?

605. На сколько изменилась кинетическая энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны λ = 435нм?

606. В каких пределах ∆λ должна лежать длина волн монохроматического света, чтобы при возбуждении атомов водорода квантами этого света радиус rn орбиты электрона увеличился в 16 раз?

607. В однозарядном ионе лития электрон перешел с четвертого энергетического уровня на второй. Определить длину волны λ излучения, испущенного ионом лития.

608. Электрон в атоме водорода находится на третьем энергетическом уровне. Определить кинетическую Т, потенциальную П и полную Е энергию электрона. Ответ выразить в электрон-вольтах.

609. Фотон выбивает из атома водорода, находящегося в основном состоянии, электрон с кинетической энергией T=10эВ. Определить энергию ε фотона.

610.  При какой скорости дебройлевская длина волны частицы равна ее комптоновской длине волны?

611.  Чему должна быть равна кинетическая энергия электрона, чтобы дебройлевская длина волны совпадала с его комптоновской длиной волны?

612.  Найти релятивистскую массу протона, дебройлевская длина волны которого равна его комптоновской длине волны.

613.  Вычислить дебройлевскую длину волны электрона, движущегося со скоростью 0,9 с (с — скорость света в вакууме).

614.  Кинетическая энергия нейтрона равна его энергии покоя. Чему равна дебройлевская длина волны нейтрона?