Question

模塊3-5試題
（1）氫原子第n能級的能量為，其中E₁是基態能量，而n=1，2，…．若一氫原子發射能量為的光子后處于比基態能量高出的激發態，則氫原子發射光子前后分別處于第幾能級？
（2）一速度為v的高速α粒子（₂⁴He）與同方向運動的氖核（₁₀²⁰Ne）發生彈性正碰，碰后α粒子恰好靜止．求碰撞前后氖核的速度（不計相對論修正）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據波爾氫原子理論：電子在繞原子核運動的過程中原子并不向外輻射能量，原子的能量滿足E_n=，但當從一個軌道躍遷到另一個軌道時能量發生變化，輻射（或吸收）的光子的能量為E=hγ=E_初-E_末．能量差是本題的突破口．（2）兩粒子發生彈性正碰，則碰撞過程中動量守恒，動能守恒．發生正碰是本題的突破口．
解答：解：（1）設氫原子發射光子前后分別處于第l與第m能級，
發射后的能量E_m=，
故=E₁-
解得m=2
發射前的能量E_l=
根據題意知E_l=E^_m

將m=2代入上式解得l=4                  
故氫原子發射光子前后分別處于第4與第2能級．
（2）設a粒子與氖核的質量分別為m_a與m_Ne，氖核在碰撞前后的速度分別v_Ne為與v'_Ne．
由于a粒子與氖核碰撞過程中動量守恒
故有m_av+m_Nev_Ne=m_Nev'_Ne
由于發生彈性正碰過程中系統的機械能守恒，故有

解得：

由于a粒子的質量數為4，而氖核（₁₀²⁰Ne）的質量數為20，故有

故碰撞前氖核的速度
碰撞后氖核的速度
答：（1）氫原子發射光子前后分別處于第4與第2能級．
（2）碰撞前氖核的速度；碰撞后氖核的速度
點評：本題考查了3-5的兩個比較重要的知識點，解決氫原子躍遷主要要掌握波爾原子理論的三個假設．動量部分的題目主要考查動量守恒的判定，彈性正碰遵循的規律：動量守恒，動能守恒．完全非彈性碰撞遵循的規律：動量守恒，碰后粘合在一起，速度相同．故一定要分清到底是哪一類碰撞．