
如圖1是證實(shí)玻爾關(guān)于原子存在分立能態(tài)的一種實(shí)驗(yàn)裝置的原理示意圖.由電子槍A射出的電子,射進(jìn)一容器B中,其中有氦氣.電子在O點(diǎn)與氦原子發(fā)生碰撞后進(jìn)入速度選擇器C,然后進(jìn)入檢測裝置D.速度選擇器C由兩個(gè)同心的圓弧形電極P
1和P
2組成.當(dāng)兩極間加以電壓U時(shí),只允許具有確定能量的電子通過,并進(jìn)入檢測裝置D,由檢測裝置測出電子產(chǎn)生的電流I.改變電壓U,同時(shí)測出I的數(shù)值,即可確定碰撞后進(jìn)入速度選擇器的電子的能量分布.為簡單起見,設(shè)電子與原子碰撞前,原子是靜止的,原子質(zhì)量比電子質(zhì)量大得多,碰撞后,原子雖然稍微被碰動(dòng),但忽略這一能量損失,設(shè)原子未動(dòng),當(dāng)電子與原子發(fā)生了彈性碰撞時(shí),電子改變運(yùn)動(dòng)方向,但不損失動(dòng)能,當(dāng)發(fā)生非彈性碰撞時(shí),電子損失的動(dòng)能傳給原子,使原子內(nèi)部的能量增大.
(1)設(shè)速度選擇器兩極間的電壓為U(V)時(shí),允許通過的電子的動(dòng)能為E
k(eV),試求出E
k(eV)與U(V)的函數(shù)關(guān)系.設(shè)通過選擇器的電子的軌道半徑r=20.0cm,電極P
1和P
2的間隔d=1.00cm,兩極間場強(qiáng)的大小處處相等.
(2)當(dāng)電子槍射出電子的動(dòng)能E
k0=50.0eV時(shí),改變電壓U(V),測出電流I(A),得到如圖2所示圖線,圖線表示,當(dāng)電壓U為5.00V,2.88V,2.72V,2.64V時(shí),電流出現(xiàn)峰值.先定性說明圖二表示的物理意義,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果求出氦原子三個(gè)激發(fā)態(tài)的能級(jí)E
n(eV),設(shè)基態(tài)的能級(jí)E
1=0eV.