บทที่ 19 ฟิสิกส์อะตอม

41
ติวสบายฟิ สิกส์ เล่ม 5 http://www.pec9.com บทที่ 19 ฟิ สิกส์อะตอม 1 บทที19 ฟิ สิ ก ส์ อ ะ ต อ ม 19.1 อะตอมและการค้นพบอิเล็กตรอน สสารโดยทั่วไปนั ้นจะประกอบด ้วยอนุภาคที่ เรียกว ่า อะตอม อยู่ภายใน แต่ละอะตอมจะ ประกอบไปด้วยอนุภาคมูลฐานซึ ่งได้แก อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน ซึ ่งเราจะได้ ศึกษาถึงการค้นพบอนุภาคมูลฐานเหล่านี ้ ในหัวข ้อต่อๆ ไป 19.1.1 รังสีแคโทด การศึกษาเกี่ยวกับอะตอมมีความก้าวหน้าอย ่างรวดเร็วหลังจากมีการประดิษฐ์หลอดแก้ว สุญญากาศขึ ้นมา หลอดแก้วสุญญากาศเป็นหลอด แก้วกลวงปิดสนิทภายในมีขั ้วไฟฟ ้า 2 ขั ้ว คือขั ้ว แคโทดและขั ้วแอโนด ภายในหลอดนี ้จะมีแก๊สอยู่ น้อยมากจนถือว ่าเป็นสุญญากาศได้ ผนังหลอดด้าน ในจะฉาบเอาไว้ด้วยสารเรืองแสง ซึ ่งจะเรืองแสงขึ ้น มาให้เห็นเมื่อมีรังสีมาตกกระทบ เมื่อนาหลอดแก้วสุญญากาศไปต ่อกับเครื่องกาเนิด กระแสไฟฟ้ าความต่างศักย์สูงประมาณ 10000 โวลต์ โดยต่อขั ้วไฟฟ ้ าลบเข้ากับแคโทดและ ขั ้วไฟฟ ้ าบวกเข้ากับแอโนด จะเกิดรังสีพุ่งออกมาจากขั ้วแคโทด จึงเรียกรังสีนี ้ ว ่า รังสีแคโทด 19.1.2 การทดลองของทอมสัน ทอมสันพบว ่ารังสีแคโทดจะมีสมบัติที่สาคัญได้แก 1) เมื่อนาขั ้วไฟฟ ้ าบวกและลบเข้าประกบเพิ่มภาย นอกหลอด รังสีแคโทดจะเบี่ยงเบนเข้าหาขั ้วไฟฟ ้ าบวก 2) เมื่อนาขั ้วแม่เหล็กเหนือและใต ้ เข้าประกบภาย นอกหลอด ทาให้เกิดสนามแม่เหล็กพุ่งตัดผ่านหลอดแก้ว รังสีแคโทดจะเบี่ยงเบนในสนามแม ่เหล็ก และทิศการ เบี่ยงเบนเป็นไปตามกฎมือซ้าย 3) เมื่อนาแผ ่นโลหะบางๆ มาวางกั ้นรังสีแคโทด รังสีแคโทดจะไม่สามารถทะลุแผ่นโลหะที่ขวางกั ้น

Upload: ployfeng

Post on 25-Nov-2015

298 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

  • 5 http://www.pec9.com 19

    1

    1 9

    19.1

    19.1.1 2 10000

    19.1.2 1)

    2)

    3)

  • 5 http://www.pec9.com 19

    2

    4)

    3) 4) ( ) 1) 2) ()

    1. 1. 2. 3. 4.

    2. 1. 2. 3. 4.

  • 5 http://www.pec9.com 19

    3

    3. 1. 2. 3.

    4.

    2

    ( F = q E ) ( F = q v B ) q v B = q E v = BE ( E = d

    V )

    v = Bd V

    v ( / ) B ( ) E ( / , / ) V ( ) D ( )

    4. 2 x 103 3 x 104 /

    1. 1.0 x 107 2. 1.5 x 107 3. 2.0 x 107 4. 2.5 x 107

  • 5 http://www.pec9.com 19

    4

    5. 1 x 103 0.01 200

    1. 1.0 x 107 2. 1.5 x 107 3. 2.0 x 107 4. 2.5 x 107

    6. 1500 = 1.6 x 1019 , = 9.1 x 1031 1. 2.3 x 107 m/s 2. 2.3 x 106 m/s 3. 2.3 x 105 m/s 4. 2.3 x 103 m/s

    R = Bq

    m v

    mq = R B

    v

    q 1 ( ) v ( / ) R ( ) m 1 ( ) B ( )

  • 5 http://www.pec9.com 19

    5

    mq 1.76 x 1011 -

    7. 3 x 107 / 0.001 0.2

    1. 1.0 x 1011 2. 1.5 x 1011 3. 2.0 x 1011 4. 2.5 x 1011

    8. 2.8 x 107 0.1 1.76 x 1011 1. 0.8 x 103 2. 1.0 x 103 3. 1.4 x 103 4. 1.6 x 103

    9. 9 x 107 0.1 ( q / m 1.8 x 1011 / ) 1. 0.05 2. 0.5 3. 2.5 4. 5.0

  • 5 http://www.pec9.com 19

    6

    10. e m B R

    1. Rm B e 2. Bm R e 3. 2R 2Bm e 4. mR B e

    11. 0.114 1 x 103 0.01 200

    1. 1.50 x 1011 2. 1.75 x 1011 3. 2.00 x 1011 4. 2.25 x 1011

    19.1.3

    ( Robert A. Millikan ) 2

    1. ( W = m g )

    2. ( F = q E )

  • 5 http://www.pec9.com 19

    7

    F = F q E = m g ( q = n e ) n e E = m g n e = E

    mg

    q ( ) n e 1 = 1.6 x 1019 m ( ) E ( / ) n e = x 1.6 x 1019 n e = 1 x 1.6 x 1019 n e = 2 x 1.6 x 1019 n e = 3 x 1.6 x 1019

    1 1.6 x 1019

    12. 5 1.3 x 1015 2 x 104 1 1. 1.1 x 1019 C 2. 1.3 x 1019 C 3. 1.6 x 1019 C 4. 1.8 x 1019 C

  • 5 http://www.pec9.com 19

    8

    13. 10 1.6 x 1015 100 1 1 1. 1.1 x 1019 C 2. 1.3 x 1019 C 3. 1.6 x 1019 C 4. 1.8 x 1019 C

    14( ) 1 .6 x 1014 1 . 400 1.6 x 1019 1. 25 2. 50 3. 250 4. 500

    15. m n 2 d V

    1. nVmgd 2. nd

    mgV 3. Vnmgd 4. d

    nmgV

  • 5 http://www.pec9.com 19

    9

    16. 400 /3 2.5 x 1012 3 4 x 105 / 1. 2.5 x 1014 2. 5.0 x 1014 3. 2.5 x 1015 4. 5.0 x 1015

    17. 6.4 x 1015 5 5 /2 1 1.6 x 1019

    18. 1 12.8 x 1019 C 2. 11.2 x 1019 C 3. 9.6 x 1019 C 4. 1.44 x 1019 C

  • 5 http://www.pec9.com 19

    10

    19.2

    19.2.1 - (Eugen Goldstein ) () , () ()

    19. 1. 2. 3. 4.

    + +

    e

    e

    + + + + +

  • 5 http://www.pec9.com 19

    11

    20. 1. 2. 3. 4.

    19.2.2

    + +

    e

    e

  • 5 http://www.pec9.com 19

    12

    21.

    1. 2. 3. 4.

    22. 1.

    2.

    3. 4.

    + +

    e

    e

    + +

    e

    e

    + +

    e

    e

    + + + + +

  • 5 http://www.pec9.com 19

    13

    23( ) ( - ) 1. 2. 3. 4.

    24.

    1. 2. 3. 4.

    25. (79Au ) 7.9 x 10

    15 1. 0.72 x 107 2. 1.44 x 107 3. 0.72 x 108 4. 1.44 x 108

  • 5 http://www.pec9.com 19

    14

    19.3

    19.3.1

    2

    1. ( L ) h ( ) 2

    h

    m r v L = m v r = n h n 1 , 2 , 3 , ....

    2. 1.

    rn = 5.3 x 1011 n2

    rn n ( ) n

    26( ) 1. 5.3 x 1011 2. 10.6 x 1011 3. 21.2 x 1011 4. 47.7 x 1011

  • 5 http://www.pec9.com 19

    15

    27( En) n = 4 n = 2

    19.3.2

    En = 2n1E

    En n ( , eV ) E1 1 13.6 eV n ; 1 (eV) = 1.6 x 1019 .

    4 (E4) = 3 (E3) = 2 (E2) = 1 (E1) =

    19.3.3 1. ( n = 1 ) ( n = 1 ) ( Ground State )

  • 5 http://www.pec9.com 19

    16

    2. ( Excited State ) 3.

    () 1 6 2 5 2 4 2 3 2

    (410 nm) (434 nm)

    (484 nm) (656 nm)

    3 4 5

  • 5 http://www.pec9.com 19

    17

    . ( )

    e

    1 ..............

    6 2

    5 2 4 2 3 2

    ...............................

    ...............................

    ...............................

    ...............................

    ..............

    3 ............................... ..............

    4 ............................... ..............

    5 ............................... ..............

    28. 1. 2.

    3. 4.

    29. 1. 2.

    3. 4.

    30. 1. 2. 3.

    4.

  • 5 http://www.pec9.com 19

    18

    31. 1. n = 1 n = 2 2. n = 2 n = 1 3. n = 2 n = 6 4. n = 6 n = 2

    32. 1. 2.

    3. 4.

    E = Ef Ei

    E = efh = 4.125 x 1015 f E =

    eCh =

    910x 1237.5

    E ( ) E E

    Ef () Ei ()

  • 5 http://www.pec9.com 19

    19

    f ( ) h = 6.6 x 1034 J.s ( )

    e = 1.6 x 1019 C ( 1 ) C = 3 x 108 m/s ( ) ( ) 33. 4 2

    34. ( 13.6 eV ) 3 1. 0.85 eV 2. 1.51 eV 3. 12.09 eV 4. 12.75 eV

    35( En) 13.6 12.09 n 1. 2 2. 3 3. 4 4. 5

  • 5 http://www.pec9.com 19

    20

    36( En) 13.6 n = 3 n = 2 1. 1.51 eV 2. 1.89 eV 3. 3.40 eV 4. 4.91 eV

    37( En) 1. 454.1 2. 545.3 3. 654.8 4. 672.0

    38( En) 1. 2.30 x 1014 2. 4.58 x 1014 3. 2.30 x 1015 4. 4.61 x 1015

    39( En)

    1. 62 nm 2. 100 nm 3. 210 nm 4. 310 nm

    e

  • 5 http://www.pec9.com 19

    21

    1 = R

    2in1 2fn

    1 -

    R = 1.097 x 107 m1 ( ) nf ni

    40. E3 E1 1. 1 x 106 2. 2 x 106 3. 1 x 107 4. 1 x 109

    41( En) n = 2 n = 1 n = 3 n = 2 1. 27

    5 2. 163 3. 8

    3 4. 85

  • 5 http://www.pec9.com 19

    22

    42( ) () 1. 1415 2. 1215 3. 952 4. 912

    43. k 1. k

    1 2. k 3. 43k 4. 3k

    4

    19.3.4

  • 5 http://www.pec9.com 19

    23

    1 2 4.9 eV 1 3 6.7 eV ( 1 ) 4.9 eV 4.9 eV 2 4.9 eV 6.7 eV 6.0 eV 4.9 eV 6.7 eV 6.7 eV 3 44( En) 1. 4.9 eV 2. 4.9 eV 3. 4.9 eV 4.

    45. ( eV 13.59 , 3.40 , 1.51 , .... 0 )

  • 5 http://www.pec9.com 19

    24

    46. 1. 2.

    3. 4.

    19.3.5 C V1 C () Vo - A ()

    2 1. (continuous X - ray) (fmax) Vo

  • 5 http://www.pec9.com 19

    25

    () W = E

    e V = h f e V =

    Ch

    e = 1.6 x 1019 V ( )

    h = 6.6 x 1034 J.s ( ) f ( )

    C = 3 x 108 m/s ( ) ( )

    2) (characteristic X rays)

    47. 10000

    1. 4.1 x 109 2. 1.2 x 1010 3. 8.0 x 109 4. 2.4 x 1018

  • 5 http://www.pec9.com 19

    26

    48. 0.124 1. 1000 2. 2000 3. 4990 4. 9980

    49. 20000 1. 2.42 x 1016 2. 4.83 x 1016 3. 2.42 x 1018 4. 4.83 x 1018

    50. 20 () 1. 4.22 x 107 m/s 2. 8.43 x 107 m/s

    3. 4.22 x 108 m/s 4. 8.43 x 108 m/s

    51. 1. 30.95 nm 2. 61.90 nm 3. 30.95 pm 4. 61.90 pm

  • 5 http://www.pec9.com 19

    27

    52( ) 1. 2. 3. 4.

    19.3.6

    1. 2. 3.

    1. 2. 3. 4. L = m v r = n h

  • 5 http://www.pec9.com 19

    28

    19.4

    19.4.1

    (photoelectric effect ) (photo electron)

    1. (Work function) W E = W + Ek 2. (W) ( f ) ( fo) (o)

  • 5 http://www.pec9.com 19

    29

    3. ( ) (Vo)

    Ek = Ep Ek = e Vo

    Ek ( ) e = 1.6 x 1019 C ( 1 ) Vo ( ) 4. ( Ek ) , (W) 5. (W) 6. 53. 1. 2. 3.

    4.

  • 5 http://www.pec9.com 19

    30

    54. 1. 2. 3. 4.

    55. 1. () - 2.

    3. 4.

    56( ) 1. 2. 3. 4.

  • 5 http://www.pec9.com 19

    31

    57. 2 1. 2. 2 3. 2 4. 4

    E = W + Vo efh = W + Vo eCh = W + Vo

    E ( , eV ) W , ( , eV ) Vo ( , eV ) Vo ( )

    h = 6.6 x 1034 J.s ( ) f ( ) e = 1.6 x 1019 C ( 1 ) C = 3 x 108 m/s ( ) ( )

    58( En) 3.79 300

  • 5 http://www.pec9.com 19

    32

    59. 4 x 107

    3.2 x 1019

    1. 1.09 2. 2.09 3. 3.09 4. 4.09

    60( ) 60 13.6

    61. (ground state) 20 - 1. 0 2. 6.4 3. 13.6 4. 20.0

  • 5 http://www.pec9.com 19

    33

    62( En) 5.6 1.0 4.2

    1. 2.4 V 2. 4.4 V 3. 6.6 V 4. 11.2 V

    63. 4.2

    64( ) 310 2.0 x 107

  • 5 http://www.pec9.com 19

    34

    65. 250 0.6 1. 1.05 x 1014 Hz 2. 2.10 x 1014 Hz

    3. 1.05 x 1015 Hz 4. 2.10 x 1015 Hz

    66( En)

    6 x 1014

    1. 0.42 V 2. 0.83 V 3. 1.65 V 4. 2.50 V

    2 4 6 f (x1014 Hz) 0

    Ek

  • 5 http://www.pec9.com 19

    35

    67( En) A 3.3 B 4 x 1014 A B A 1.2 B

    19.4.2 (Albert Einstein) 1. (photon) 2. 1 h f

    Ch

    n = n (h f ) = n (

    Ch ) ()

  • 5 http://www.pec9.com 19

    36

    3. ( )

    68. 1018 6 x 107

    ( = 6.6 x 1034 J.s ) 1. 1 2. 2 3. 3 4. 4

    69. 550 10 1 1. 2.8 x 1019 2. 3.2 x 1019 3. 3.6 x 1019 4. 4.2 x 1019

    70( En) 0.66 2 x 1022 17 50 % ( = 4.2 / . ) 1. 3oC 2. 4oC 3. 5oC 4. 10oC

  • 5 http://www.pec9.com 19

    37

    71. 660 7 x 1022 200 40 ( 4.2 x103 J / kg.K ) 1. 25oC 2. 20oC 3. 15oC 4. 10oC

    19.4.3 (Arthur H. Compton) (Peter Debye)

    19.4.4 P = m C ( m = 2C

    E )

    P = 2CE C

    P = CE ( E =

    Ch )

    P = 2C C Ch

    P = h

  • 5 http://www.pec9.com 19

    38

    = Ph ( P = m v )

    = m vh = k2mE

    h

    m v (De Broglic wavelength) (duality of wave and particle)

    m v r n h

    2 r = n 2 r = n mvh

    mvr = n 2h

    mvr = n h

    72. 1000 72 1. 0.92 x 1038 2. 3.3 x 1038 3. 0.33 x 1038 4. 1.1 x 1038

  • 5 http://www.pec9.com 19

    39

    73. 5 1. 0.55 nm 2. 0.85 nm 3. 0.95 nm 4. 1.10 nm

    74( En) m 4 1. 21 2. 2 3. 4 4. 8

    75. q m

    V

    1. = h 2. = 2qVmh 3. = 2qVmh 4. = 2qVm

    2h

  • 5 http://www.pec9.com 19

    40

    76. 1. 2. 2 3.

    4.

    19.5

    19.5.1 ( x ) ( p ) > h x p = m v

    h = 2h

  • 5 http://www.pec9.com 19

    41

    77. 6.0 x 106 / 0.5 x 106 / 6.7 x 1027 1. 3.1 x 1014 2. 6.2 x 1014 3. 3.1 x 1015 4. 6.2 x 1015

    19.5.2