原子物理学09-10-2A卷答案.docx

《原子物理学09-10-2A卷答案.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Ａ卷2009—2010学年第2学期《原子物理学》试卷答案及评分标准专业班级姓名学号开课系室应用物理系考试日期2010年6月26日10:00-12:00题号一二三四五六总分得分阅卷人第1页共7页本题得分一、（共20分）电子、光子、相对论、波粒二象性等概念。1、（本小题10分）若电子的动能和光子的能量等于电子的静止能量，求（1）电子的运动速度v为多少倍光速c，（2）电子的德布罗意波长λ（nm）（3）光的波长λ（γnm），（4）电子与光子的动量之比。e（1）电子的动能Ekm0c20.511MeV总能量答：EEkm0c20.511MeV0.511MeV2m0c

2、2mc2，得出m2m0⋯..2分因为mm0/(12c2)，所以电子运动速度3c/2（或0.866c）⋯..2分（2）电子的德布罗意波长h/ph/mhhc1240eVnm.⋯2分e3c3m0c20.0014nm2m01.7320.511106eV2（3）光的波长chc1240eVnm0.0024nm⋯..2分eh0.511106eV（4）电子与光子的动量之比eh/pep3⋯..2分h/ppe2、（本小题10分）在康普顿散射中，若入射光子的能量等于电子的静止能量，试求在散射角度θ=120°方向探测散射光子的能量E（MeV），以及对应的反冲电子的动量pe（以电

3、子的静止质量m0和光速c表示）。答：入射光子的能量Ehc/0m0c2⋯⋯⋯⋯⋯1分hcos)康普顿散射后波长改变量0(1m0c散射光子的能量为：Ehc/hchc/0h(1coshc/0)120(1cos120)⋯⋯⋯⋯⋯4分m0cm0chc/0220.40.511MeV0.2044MeV1(10.5)m0c5电子获得的动能来源于光子能量的减少，电子动能m0c22m0c2/53m0c2/5⋯⋯2分根据相对论效应：E2(m0c23m0c2/5)2c2p2m02c4⋯⋯⋯⋯⋯2分得电子的动量为p39m0c⋯⋯⋯⋯⋯1分5第2页共7页本题得分二、（本题12分）

4、原子核概念。当一束能量为1.0MeV的质子垂直入射到厚度为10nm的铜Cu（原子序数Z=29，质量数A=63.5，密度ρ=8.93g/cm3）的薄膜上时，探测器相对薄膜中心的立体角为0.001，沿120°探测方向每秒纪录到1.0104个质子。假如整个过程都符合卢瑟福散射，试求每秒入射质子的数量?答：库仑散射因子a01Ze240E；靶原子密度nNAA微分散射截面da2d16sin4/2)(所以探测到粒子数N'NntdNA1Ze2)2⋯⋯6分dNt(E16sin4(A40/2)入射粒子数A16sin4(/2)10463.516sin460NN'1Ze26.0

5、2210238.9310107(291.441013)20.001NAt()240E所以，N101663.596.0941013个⋯⋯6分6.0228.93(291.44)2数据代入过程基本正确，最终计算结果数量级和数值错误的，酌情扣分。本题三、（共8分）X射线及其应用。利用Cu(Z＝29)的K特征X射线对某晶体进行衍射实验，发现当出射得分方向相对入射方向的角度为60°时，产生一级衍射极大，求该级衍射对应的晶面族的面间距为多少nm?答：对K线的波长，有hcRhc(Z1)211⋯⋯⋯⋯⋯2分h(222)14114191.16nm0.155nm⋯⋯⋯⋯⋯2分

6、3(291)2R3(291)2出射方向相对入射方向的角度为60°，散射角度30⋯⋯⋯⋯⋯1分d⋯⋯⋯⋯⋯2分2sin0.1550.155nm⋯⋯⋯⋯⋯1分2sin30第3页共7页本题得分四、（共20分）玻尔理论的能级与跃迁概念（不考虑精细结构）。1、（本小题6分）根据玻尔的角动量量子化条件，计算氢原子的电子在第一轨道半径上的运动周期（单位：秒）。答：角动量量子化条件：mvr⋯⋯⋯⋯⋯1分库仑力提供向心力：mv2e2⋯⋯⋯⋯⋯1分rr22二者联立，可得氢原子的玻尔第一半径r12a10.0529nm⋯⋯⋯⋯⋯1分me2c在第一轨道上的速度为v1e⋯⋯⋯⋯⋯

7、1分c1372r2a123.140.05299137T1016⋯⋯⋯⋯⋯2分vc81.51710s3102、（本小题6分）12.0eV的电子射入氢原子气体，气体将发出哪些波长（nm）的辐射？答：氢原子的量子化能量En13.6eV/n2所以E113.6eV；E23.4eV；E31.51eV；⋯⋯⋯⋯⋯2分电子入射氢原子，将动能转移给氢原子，使得氢原子激发。E1213.6eV(112-2)=10.2eV<12.0eV⋯⋯⋯⋯⋯2分21E1313.6eV(12-12)=12.09eV>12.0eV31所以只能激发到n=2的能级上。发出辐射的波长为hc1240e

8、Vnm=121.6nm⋯⋯⋯⋯⋯2分E1210.2eV3、(本小题8分)已知一对