коллоквиум. Закон Мозли. Почему закон Мозли отличается от обобщенной формулы Бальмера Какие области применения
 Скачать 5.46 Mb.
|
|
атомом водорода, имеют чуть меньшую энергию, чем предсказывает второй постулат Бора. г). Почему массы атомов многих элементов в таблице Менделеева отличаются от целых чисел? Указанные в таблице Менделеева относительные атомные массы некоторых элементов сильно отличаются отцелого числа. Оказывается, ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов при одинаковом числе протонов в ядре и электронов в электронной оболочке, Такие ядра имеют одинаковые химические свойства и располагаются в одной клетке таблицы Менделеева. Это изотопы. 2. Фотон с частотой испущен с поверхности звезды, масса которой М и радиус R- Найти гравитационное смещение частоты фотона на очень большом расстоянии от звезды. 3.Ядро свободного покоящегося атома радия претерпевает альфа-распад. Энергия связи ядра радия равна 1732.6 МэВ, ядра радона -1708.2 МэВ, альфа- частицы - 28.3 МэВ. Полагая, что дочернее ядро радона образуется в невозбужденном состоянии, определить скорость V дочернего атома. Билет 10 а). Каков физический смысл спектральной плотности энергетической светимости (излучательности) тела? В каких единицах она измеряется? Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости (излучательности) тела - мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины: где - энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени (мощность излучения) с единицы площади поверхности тела в интервале частот от .Единица спектральной плотности энергетической светимости Джоуль на метр в квадрате в секунду (Дж/м ⋅ с). б). Если попытаться явление фотоэффекта объяснить исходя из волновых свойств света, то какими тогда должны были бы быть законы фотоэффекта? Фотоэффект можно объяснить исходя из волновых свойств света: Амплитуду вынужденных колебаний свободного электрона (масса m и заряд e) в переменном электрическом поле с амплитудой частотой можно записать в виде . Если амплитуда колебаний электрона будет достаточно большой, он может преодолеть задерживающее поле вблизи поверхности металла и уйти за его пределы. Тогда у фотоэффекта должны быть следующие свойства: 1.электроны не должны покидать металл до тех пор, пока амплитуда их колебаний не превысит некоторого порогового значения; 2.энергия выбитых электронов должна возрастать пропорционально (энергия колебаний пропорциональна квадрату их амплитуды) 3.если , а увеличивается частота электромагнитной волны, то число испускаемых электронов должно уменьшаться. в). Укажите различия между моделью атома Резерфорда и теорией Бора. Бор сделал попытку сформулировать законы движения электронов в атоме на основе представлений о том, что атом является устойчивой системой и что энергия, которую может излучать или поглощать атом, квантуется. Также он предположил, что из всего многообразия возможных орбит, которые вытекают из реализуются только удовл. условию квантования: Т.е. при переходе с орбиты на орбиту энергия меняется порциями, кратными Это Боровское правило квантования или правило отбора. Для устранения противоречия модели Резерфорда, Бор предположил, что излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. При каждом таком переходе излучается квант энергии, равный разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход: г). Как изменится положение химического элемента в таблице Менделеева после двух альфа-распадов ядер его атома? Номер элемента в результате двух распадов изменится на -распад – испускание ядра Не. Заряд ядра Не элемент сместится влево на ; по таблице Менделеева. 2.Найти длину волны коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра, если скорость электронов, подлетающих к антикатоду трубки, V=O,85C, где С- скорость света. 3.С поверхности сажи площадью при температуре Т=400К за время t=5мин излучается энергия . Определить коэффициент теплового излучения сажи. Билет 11-19 а). Что такое характеристическое рентгеновское излучение? В каких случаях оно возникает? Каковы его особенности? При поглощении атомом порции энергии, достаточной для вырывания или возбуждения одного из внутренних электронов, испускается характеристическое рентгеновское излучение. Соответствующая порция энергии может быть сообщена атому за счет удара достаточно быстрым электроном или поглощения рентгеновского фотона. Характеристическое излучение определяется природой вещества, из которого изготовлен антикатод. До тех пор пока энергия электрона недостаточна для возбуждения характеристического излучения, возникает только тормозное излучение. Характеристическое излучение возникает при переходе электрона с одного внутреннего слоя на другой. Однако все внутренние слои сложных атомов полностью заполнены. Следовательно, для возникновения характеристического излучения необходимо, чтобы на каком-нибудь внутреннем слое отсутствовал электрон. Это происходит за счет выбивания электрона с какого-нибудь внутреннего слоя электроном, ускоренным в рентгеновской трубке. Характеристическое излучение имеет линейчатый спектр. Рентгеновские спектры отличаются заметной простотой. Они состоят из нескольких серий, обозначаемых буквами: . Каждая серия насчитывает небольшое число линий, обозначаемых в порядке убывания длины волны индексами: . Спектры разных элементов имеют сходных характер. При увеличении атомного номера Z весь рентгеновский спектр лишь смещается в коротковолновую часть, не меняя своей структуры. Это объясняется тем, что рентгеновские спектры возникают при переходах электронов во внутренних частях атомов, которые (части) имеют сходное строение. 6). Что такое абсолютно черное тело? Что может служить моделью абсолютно черного тела? Какие объекты, существующие в природе, вы можете привести как пример тел, наиболее близких по своимсвойствам к абсолютно черному телу? Почему эти тела обладают такими свойствами? Тела, для которых поглощательная способность равна единице для всех частот и температур, называют абсолютно черными. В природе абсолютно черных тел (АЧТ) нет. Есть тела, достаточно близкие к ним в определенном диапазоне частот. Для видимого света это сажа и черный бархат. Высокие поглощающие свойства у этих материалов объясняются их пористостью, благодаря чему свет, попавший на них, испытывает несколько отражений, прежде чем выходит из толщи материала. На принципе многократного отражения основано устройство тела, наиболее приближающегося по своим свойствам к АЧТ. Оно изготовляется в виде почти замкнутой полости, снабженной небольшим отверстием. Излучение, проникающее через отверстие, падает на стенки полости, частично поглощается ими, частично рассеивается или отражается и вновь попадает на стенки. Благодаря малым размерам отверстия, луч должен претерпеть много отражений, прежде чем он сможет выйти наружу. Повторные поглощения на стенках приводят к тому, что практически все излучение любой частоты поглощается такой полостью в). Почему теннисный мяч имеет точно определенные координаты и скорость, а положение и скорость электрона в атоме невозможно одновременно точно измерить? Принцип неопределённости Гейзенберга: . Оно отражает тот факт, что в природе в принципе не существует состояний частиц с точно определенными значениями обеих переменных ( координата и импульс). Согласно принципа неопределённости Гейзенберга , нельзя вводить понятие траектории электрона в атоме, так как невозможно одновременно точно определить координаты и скорость электрона в атоме. Если мы устанавливаем точное положение электрона, то лишаем себя возможности определить скорость, и наоборот. За неопределенностью координаты частицы скрывается не то, что мы не знаем ее точного значения, а то, что само понятие «координаты» при столь малых значениях начинает терять свой физический смысл, становится бессмысленным. г). Почему деление тяжелых ядер и синтез легких ядер сопровождается выделением большого количества энергии? Когда на один нуклон выделяется большая энергия? Почему? 2. При поочередном освещении поверхности некоторого металла светом с длинами волн 0,35 мкм и 0,54 мкм обнаружили, что соответствующие максимальные скорости фотоэлектронов отличаются друг от друга в =2,0 раза. Найти работу выхода с поверхности этого металла. 3. Фотон с энергией Е=15.0 эВ выбивает электрон из покоящегося атома водорода, находящегося в основном состоянии. С какой скоростью v движется электрон вдали от ядра? Билет 12 а). Напряжение между катодом и анодом рентгеновской трубки увеличили в два раза. Как изменится при этом положение коротковолновой границы спектра рентгеновского излучения? Коротковолновая граница λ min сплошного рентгеновского спектра определяется формулой где e – заряд электрона, U – напряжение в рентгеновской трубке. Чем большее напряжение приложено между катодом и анодом рентгеновской трубки, тем больше мощность рентгеновских лучей. При этом минимальная длина волны рентгеновского фотона уменьшается, а его энергия увеличивается с ростом напряжения между электродами. б). Приведите примерный график зависимости анодного тока от ускоряющего потенциала в опытах Франка и Герца. На каких участках этой кривой наблюдаются упругие и на каких - неупругие столкновения электронов с атомами? в). Что из себя представляет оптический резонатор? Почему он необходим для получения генерации света в лазерах? Одно из зеркал имеет коэффициент отражения близкий к единице, второе является частично прозрачным. Наличие частично прозрачного зеркала позволяет определенной доли излучения (лазерное излучение) выходить из резонатора. Другая часть излучения вновь отражается и проходит через активную среду. Для получения генерации света в лазерах необходим оптический резонатор, он обеспечивает обратную связь между источниками света или, другими словами, обеспечивает вынужденное испускание излучения. г). Как в квантовой механике представляется свободно движущаяся частица? Какова функциональная зависимость от координаты X плотности вероятности обнаружения такой частицы в пространстве (частица движется вдоль оси X)? Состояние частицы в квантовой механике описывается заданием волновой функции , являющейся функцией пространственных координат и времени. Определяя состояние частицы, следует указать способ определения вероятности обнаружения частицы в различных точках пространства в данный момент времени. Квадрат модуля волновой функции определяет плотность вероятности того, что в момент времени частица может быть обнаружена в точке пространства с координатами , и . Следовательно . 2. До какого максимального потенциала зарядится удаленный от других тел медный шарик при облучении его электромагнитным излучением с длиной волны 140нм? 3. Период полураспада радиоактивного изотопа составляет 24 часа. Определить время, за которое распадется 1/4 начального количества ядер. Билет 13 а). Как соотносятся между собой кинетическая и потенциальная энергии электрона в атоме водорода? Полная энергия атома в случае неподвижного ядра слагается из кинетической энергии электрона и потенциальной энергии электрона в поле ядра: б). Что такое собственные значения и собственные функции? Какой смысл они имеют в уравнении Шредингера? Решение уравнения Шредингера позволяет найти волновую функцию Ψ (x, y, z, t) частицы, которая описывает микросостояние частицы и ее волновые свойства. В стационарном случае уравнение Шредингера имеет вид Функции Ψ , удовлетворяющие уравнению Шредингера при данных U, называются собственными функциями. Значения Е, при которых существуют решения уравнения , называются собственными значениями. Совокупность собственных значений называется их спектром. Если эта совокупность образует дискретную последовательность, то говорят, что спектр энергии дискретный. Если собственные значения образуют непрерывную последовательность, то спектр - сплошной. в). Сформулируйте закон Мозли. Почему закон Мозли отличается от обобщенной формулы Бальмера?Какие области применения характеристического рентгеновского излучения вы можете назвать? Применяется в медицине: рентген, компьютерный томограф, биологии, дефектоскопии и в других областях науки и техники. г). Как и по какому закону изменяется со временем активность радиоактивного элемента? 2.Электромагнитное излучение с длиной волны 0,30 мкм падает на фотоэлемент, находящийся в режиме насыщения. Соответствующая спектральная чувствительность фотоэлемента J=4,8MA/BT. Найтивыход фотоэлектронов, т.е. число фотоэлектронов на каждый падающий фотон. 3. Атомарный водород возбуждается электронами, прошедшими ускоряющую разность потенциалов 12.5В. Определите частоты фотонов, которые будут излучаться атомами водорода. ? Билет 14 а). Почему ювелиры предпочитают, рассматривать бриллианты при дневном, а не при искусственном освещении? Бриллиант - ограненный алмаз. Имеет высокий показатель преломления .(у обычного стекла ) и прозрачность. За счет высокого показателя преломления при прохождении света испытывает многократное полное внутреннее отражение от грани, что дает эффект свечения, а т.к. показатель преломления зависит от длины волны (падающего света, дисперсия света), то лучи с разной длиной волны выходят из камня – камень переливается. б). Какой минимальной и максимальной энергией может обладать атом водорода? Что такое потенциал ионизации и чему он равен для атома водорода? Состояние атома с наименьшей энергией (п=1) называют основным. Для атома водорода основному состоянию соответствует энергия . Эта энергия по модулю является энергией связи электрона в основном состоянии. Именно такую энергии надо сообщить электрону в основном состоянии для его отрыва. Ее называют энергией ионизации: где - потенциал ионизации. Откуда постоянная Ридберга. в). Почему тормозное рентгеновское излучение имеет сплошной спектр, а характеристическое - линейчатый? В чем причина значительного различия оптического и рентгеновского характеристического спектров атома? Причина значительного различия оптического и рентгеновского характеристического спектров атома: атомы каждого химического элемента независимо от того, в каких химических соединениях они находятся, обладают своим определенным линейчатым спектром характеристического рентгеновского излучения. Рентгеновские линейчатые спектры являются индивидуальной характеристикой атома, не изменяющейся при вступлении его в химические соединения. Это указывает на то, что возникновение характеристического рентгеновского излучения связано с процессами, происходящими в глубинных, застроенных электронных оболочках атомов, которые не изменяются при химических реакциях атомов. В этом и заключается отличие от оптических линейчатых спектров, которые существенно различаются для атомов, находящихся в свободном состоянии и в химических соединениях. Как и оптические спектры, линейчатые рентгеновские спектры состоят из линий, составляющих несколько серий. Однако в отличие от серий оптических спектров, имеющих множество линий и обнаруживающих большое разнообразие у атомов разных химических элементов, серии рентгеновских линейчатых спектров имеют небольшое число линий. Оптические спектры определяются состоянием внешних, валентных электронов, а рентгеновские характеристические — внутренних, глубинных, электронов атомов. г). Чем отличаются изобары и изотопы? Атомы с одинаковым массовым числом называются изобарами, например, Изотопы – нуклиды с одинаковым Z, но различными А и N. Например, химический элемент водород (т.е. разновидность атомов с одинаковым зарядом ядра, равным +1) в природе существует в виде (протий), (дейтерий, ), (тритий, ). Искусственно получен , отличающийся числом нейтронов и массовым числом (N и А), т. е. известны четыре изотопа водорода. У ядер изотопов одно и то же Z (заряд ядра = числу протонов), но разные A (массовое число) и N (число нейтронов в ядре); у ядер-изобар одинаковое A(массовое число) и разные Z(заряд ядра = числу протонов) и N(число нейтронов в ядре). 2. Фототок, возникающий в цепи вакуумного фотоэлемента при освещении цинкового электрода электромагнитным излучением с длиной волны 262нм, прекращается, если подключить внешнее задерживающее напряжение 1,5 В. Найти величину и полярность внешней контактной разности потенциалов фотоэлемента. 3. Волосок лампы накаливания, рассчитанный на напряжение 2В, имеет длину 10см и диаметр 0.03мм.Полагая, что волосок излучает как абсолютно черное тело, определите температуру нити и длинуволны, на которую приходится |