题目
在 0 mathrm(~K) 附近,钠的价电子动能约为 3 mathrm(eV),求其德布罗意波长。
在 $0 \mathrm{~K}$ 附近,钠的价电子动能约为 $3 \mathrm{eV}$,求其德布罗意波长。
题目解答
答案
根据题意,电子动能 $K = 3 \, \text{eV} = 4.806 \times 10^{-19} \, \text{J}$。
由 $p = \sqrt{2mK}$,得:
\[
p = \sqrt{2 \times 9.11 \times 10^{-31} \times 4.806 \times 10^{-19}} \approx 9.36 \times 10^{-25} \, \text{kg·m/s}
\]
德布罗意波长为:
\[
\lambda = \frac{h}{p} = \frac{6.63 \times 10^{-34}}{9.36 \times 10^{-25}} \approx 7.08 \times 10^{-10} \, \text{m} = 0.71 \, \text{nm}
\]
最终结果:$\lambda \approx 0.71 \, \text{nm}$。
解析
本题考查德布罗意波长的计算,解题思路是先根据电子的动能求出其动量,再利用德布罗意波长公式计算波长。
- 将电子动能的单位从电子伏特(eV)转换为焦耳(J):
已知电子动能$K = 3 \, \text{eV}$,因为$1 \, \text{eV}=1.602\times 10^{-19} \, \text{J}$,所以$K = 3\times1.602\times 10^{-19} \, \text{J}= 4.806 \times 10^{-19} \, \text{J}$。 - 根据动能与动量的关系求出电子的动量$p$:
对于非相对论粒子,动能$K$与动量$p$的关系为$K=\frac{p^{2}}{2m}$,变形可得$p = \sqrt{2mK}$,其中电子质量$m = 9.11 \times 10^{-31} \, \text{kg}$,将$m$和$K$的值代入公式可得:
$\begin{align*}p&=\sqrt{2\times 9.11 \times 10^{-31} \times 4.806 \times 10^{-19}}\\&=\sqrt{87.63\times 10^{-50}}\\&\approx 9.36 \times 10^{-25} \, \text{kg·m/s}\end{align*}$ - 根据德布罗意波长公式计算波长$\lambda$:
德布罗意波长公式为$\lambda = \frac{h}{p}$,其中普朗克常量$h = 6.63 \times 10^{-34} \, \text{J·s}$,将$h$和$p$的值代入公式可得:
$\begin{align*}\lambda&=\frac{6.63 \times 10^{-34}}{9.36 \times 10^{-25}}\\&=\frac{6.63}{9.36}\times 10^{-9}\\&\approx 0.71\times 10^{-9} \, \text{m}\\&= 0.71 \, \text{nm}\end{align*}$