НЕСФ 2010, 11–12 клас — Задача 3

Национално есенно състезание по физика, 6 ноември 2010 г. — Задачи, Тема 11-12 клас · 6 ноември 2010 г. · 10 т.

Условие

Експериментално установените честоти на спектралните линии на водородния атом се задават с помощта на формулата νnm=R(1n2−1m2),n<m\nu_{nm} = R\left(\dfrac{1}{n^2} - \dfrac{1}{m^2}\right), n < m , където R=3,29⋅1015 HzR = 3,29\cdot 10^{15}\,Hz , а nn и mm са цели положителни числа. Величината RR е наречена константа на Ридберг. Използвайки атомния модел на Бор:

Указание: Използвайте следните стойности на физични константи: константата на Планк е h=6,62⋅10−34 J⋅sh = 6,62\cdot 10^{-34}\,J\cdot s , елементарния електричен заряд е e=1,60⋅10−19 Ce = 1,60\cdot 10^{-19}\,C , масата на електрона е me=9,11⋅10−31 kgm_e = 9,11\cdot 10^{-31}\,kg , и електричната константа е ε0=8,85⋅10−12 C2/(N⋅m2)\varepsilon_0 = 8,85\cdot 10^{-12}\,C^2\big/\left(N\cdot m^2\right).

Приемете, че на кръгова стационарна орбита се нанасят цяло число дължини на вълната на Дьо Бройл, т.е е в сила съотношението 2πr=nhp2\pi r = n\dfrac{h}{p} , където rr е радиуса на стационарната орбита, p=meup = m_e u е импулса на електрона с маса mem_e и скорост uu , hh е константата на Планк и nn е цяло положително число.

а) изведете формула за радиусите на стационарните орбити на електрона във водородния атом. (3 точки)

б) пресметнете числената стойност на радиуса на първата стационарна орбита на електрона във водородния атом (радиуса на Бор). (1 точка)

в) изведете формула за енергиите на електрона на различните стационарни орбити във водородния атом. (3 точки)

г) пресметнете числената стойност на енергията на електрона на първата стационарна орбита във водородния атом. (1 точка)

д) използвайки резултатите от точките в) и г), пресметнете стойността на константата на Ридберг.
(2 точки)

Отговори

Решение


Оригинал в Архива: esenni_2010_11-12problems.pdf · официални решения: esenni_2010_11-12solutions.pdf