AP物理2:量子力学原理

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例子问题

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例子问题1:量子力学原理

确定橙色光的频率,

可能的答案:

这些都不是

正确答案:

解释

使用

转换然后代入值

例子问题1:量子力学原理

确定橙色光的光子能量,

可能的答案:

这些都不是

正确答案:

解释

使用

是光子能量

为普朗克常数,

是光速,

是波长

转换然后代入值:

例子问题1:量子力学原理

一束光以大约在非常密集的介质中。已知光束的频率是,光束的波长是多少?假设真空中的光速是

可能的答案:

正确答案:

解释

光束的波长与穿过介质的速度无关。这样,就可以求解波长通过简单求解:

在哪里是频率和就是真空中的光速。

问题4:量子力学原理

物理学家试图通过实验找到一种金属的功函数,然后将实验值与一系列已知值进行比较,从而确定这种金属的性质。如果物理学家用频率在金属上记录电子的速度,金属的功函数是什么?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了确定金属的功函数,我们可以从计算电子的速度动能开始。

然后,将焦耳转换为电子伏:

接下来,我们将根据下面的公式,利用光的频率计算光的能量:

然后,我们可以把这个能量转换成电子伏:

最后,我们可以用功函数的方程

例子问题1:量子力学原理

能源

原子跃迁发生于到基态.这个跃迁所发射的光子的波长是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

第二激发态之间的能量差基态等于光子能量,因为能量是守恒的。

因为能量差是以电子伏为单位的,所以它们需要转换成焦耳。另一个方便的公式是注意到since而且是常数,它们可以转换成电子伏,你可以用

例子问题6:量子力学原理

电子有可能被光从金属板中喷射出来。光的下列哪一种性质可以解释这种现象?

可能的答案:

速度

振幅

强度

频率

电力

正确答案:

频率

解释

电子从金属中弹射出来的现象称为光电效应。事实上,这是一个关键的发现,导致接受光的粒子性质,因为光的波动性质不能解释这一发现。

让科学家们发现这一点的关键是,从金属中喷射出的电子的速度取决于光的颜色。光的强度对电子被抛出的速度没有影响。

作为发展这一理论的一部分,科学家们将光的单个离散粒子称为光子。为了从金属中弹出电子,单个光子需要有足够的能量。光的强度(具有更大的波幅)代表了光子以更大的速率撞击金属的情况。但是,在这种情况下,光子的单个能量可能太低,因此强度不是这里的关键属性。相反,更高频率的光可以让每个光子拥有更大的能量——足以把金属的电子撞掉。此外,随着光频率的增加,单个光子的能量增加,被喷射电子的动能也增加。光子能量的表达式如下。

例子问题1:质能等效

一个质量为的粒子包含多少能量?

可能的答案:

正确答案:

解释

这是爱因斯坦最伟大思想之一的一个例子:物体/粒子的质量与质量所包含的能量之间的关系。这是给出的

为了计算粒子的能量,我们必须确保质量的单位是

现在我们可以把数字代入方程,解出能量。

例子问题1:量子力学原理

假设测得一个中性铀原子的质量为.然而,在把所有组成铀原子的质子、中子和电子的质量加起来之后,铀原子的预测质量将等于.根据这些信息,铀原子的核结合能是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这个问题中,我们得到了有关铀原子质量的信息。我们被告知两个值:测量的铀原子质量和预测的铀原子质量。然后我们被要求确定铀的核结合能。

为了解决这个问题,我们必须认识到观测到的铀质量与预测值之间的差异的意义。预测质量的计算方法是将每个组成质子、电子和中子的质量相加。然而,测量质量小于预测质量的原因是由于能量-质量等价。当组成原子核的质子和中子聚集在一起形成原子核时,它们的一部分质量转化为能量,正是这种能量将这些组成原子核结合在一起。由于部分质量被转化为能量,观测到的质量比我们预测的要小。

既然我们理解了为什么观测到的质量和预测的质量之间存在差异,我们就可以用爱因斯坦著名的方程来计算核结合能了。

这个方程表明,核结合能等于观测到的质量与预测的质量之差,乘以光速的平方。为了求出能量,我们可以代入已知的值。

例子问题3:质能等效

两克氦被完全转化为能量,并用于为一台机器提供动力男人。如果所有这些能量都转化为人的动能,他移动的速度有多快?

可能的答案:

正确答案:

解释

这两克氦的能量可以用

这个能量就等于这个人的动能,然后就可以用动能求出这个人的速度。

问题4:质能等效

如果原子核中质子和中子的结合导致质量缺陷为这个原子的结合能是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

在这个问题中,我们已知原子核的质量缺陷,并要求我们找出这个原子的结合能。

首先,重要的是要理解,当质子和中子在原子核内结合在一起时,有一种非常强大的力量将它们结合在一起。这种难以置信的巨大力导致了质量缺陷。换句话说,原子核的总质量小于组成原子核的质子和中子的质量之和,这是由于强大的作用力。

爱因斯坦的质能等价解释了可观测的质量缺陷;根据下面的方程,质量损失转化为巨大的能量。

但首先,我们需要把题目中给出的质量转换成克。

此外,因为我们知道光速的值,我们可以用这个信息来求解结合能。

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