题目
电子显微镜中的电子从静止开始通过电势差为U的静电场加速后,其德布罗意波长是0.4×10-10m,则U约为()(e=1.6×10-19C,h=6.63×10-34J˙s,电子静止质量me=9.11×10-31kg)A. 150VB. 330VC. 630VD. 940V
电子显微镜中的电子从静止开始通过电势差为U的静电场加速后,其德布罗意波长是0.4×10-10m,则U约为()(e=1.6×10-19C,h=6.63×10-34J˙s,电子静止质量me=9.11×10-31kg)
A. 150V
B. 330V
C. 630V
D. 940V
题目解答
答案
D. 940V
解析
步骤 1:确定电子的动能
电子从静止开始通过电势差为U的静电场加速后,其动能等于电势能的减少量,即:
\[ E_k = eU \]
其中,\( e \) 是电子的电荷量,\( U \) 是电势差。
步骤 2:利用德布罗意波长公式
德布罗意波长公式为:
\[ \lambda = \frac{h}{p} \]
其中,\( h \) 是普朗克常数,\( p \) 是电子的动量。动量 \( p \) 可以表示为:
\[ p = \sqrt{2mE_k} \]
其中,\( m \) 是电子的质量,\( E_k \) 是电子的动能。
步骤 3:将动能和动量代入德布罗意波长公式
将步骤 1 中的动能 \( E_k = eU \) 代入步骤 2 中的动量公式,得到:
\[ p = \sqrt{2meU} \]
将动量 \( p \) 代入德布罗意波长公式,得到:
\[ \lambda = \frac{h}{\sqrt{2meU}} \]
将已知的德布罗意波长 \( \lambda = 0.4 \times 10^{-10} \) m,普朗克常数 \( h = 6.63 \times 10^{-34} \) J·s,电子的电荷量 \( e = 1.6 \times 10^{-19} \) C,电子的质量 \( m = 9.11 \times 10^{-31} \) kg 代入上述公式,解出电势差 \( U \)。
步骤 4:计算电势差 \( U \)
\[ U = \frac{h^2}{2me\lambda^2} \]
代入已知数值:
\[ U = \frac{(6.63 \times 10^{-34})^2}{2 \times 9.11 \times 10^{-31} \times 1.6 \times 10^{-19} \times (0.4 \times 10^{-10})^2} \]
\[ U = \frac{4.39569 \times 10^{-67}}{2 \times 9.11 \times 10^{-31} \times 1.6 \times 10^{-19} \times 1.6 \times 10^{-21}} \]
\[ U = \frac{4.39569 \times 10^{-67}}{4.61184 \times 10^{-71}} \]
\[ U = 953.1 \text{ V} \]
电子从静止开始通过电势差为U的静电场加速后,其动能等于电势能的减少量,即:
\[ E_k = eU \]
其中,\( e \) 是电子的电荷量,\( U \) 是电势差。
步骤 2:利用德布罗意波长公式
德布罗意波长公式为:
\[ \lambda = \frac{h}{p} \]
其中,\( h \) 是普朗克常数,\( p \) 是电子的动量。动量 \( p \) 可以表示为:
\[ p = \sqrt{2mE_k} \]
其中,\( m \) 是电子的质量,\( E_k \) 是电子的动能。
步骤 3:将动能和动量代入德布罗意波长公式
将步骤 1 中的动能 \( E_k = eU \) 代入步骤 2 中的动量公式,得到:
\[ p = \sqrt{2meU} \]
将动量 \( p \) 代入德布罗意波长公式,得到:
\[ \lambda = \frac{h}{\sqrt{2meU}} \]
将已知的德布罗意波长 \( \lambda = 0.4 \times 10^{-10} \) m,普朗克常数 \( h = 6.63 \times 10^{-34} \) J·s,电子的电荷量 \( e = 1.6 \times 10^{-19} \) C,电子的质量 \( m = 9.11 \times 10^{-31} \) kg 代入上述公式,解出电势差 \( U \)。
步骤 4:计算电势差 \( U \)
\[ U = \frac{h^2}{2me\lambda^2} \]
代入已知数值:
\[ U = \frac{(6.63 \times 10^{-34})^2}{2 \times 9.11 \times 10^{-31} \times 1.6 \times 10^{-19} \times (0.4 \times 10^{-10})^2} \]
\[ U = \frac{4.39569 \times 10^{-67}}{2 \times 9.11 \times 10^{-31} \times 1.6 \times 10^{-19} \times 1.6 \times 10^{-21}} \]
\[ U = \frac{4.39569 \times 10^{-67}}{4.61184 \times 10^{-71}} \]
\[ U = 953.1 \text{ V} \]