题目
试计算氢原子中电子处于波尔轨道n=1和n=4时的动能(单位:J)和速度(单位:mcdot s^-1)。
试计算氢原子中电子处于波尔轨道$n=1$和$n=4$时的动能(单位:$J$)和速度(单位:$m\cdot s^{-1}$)。
题目解答
答案
根据波尔模型,电子的动能为:
\[
K_n = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{n^2} \, J
\]
速度为:
\[
v_n = \sqrt{\frac{4.356 \times 10^{-18}}{n^2 \times 9.109 \times 10^{-31}}} = \frac{2.187 \times 10^6}{n} \, m/s
\]
具体结果如下:
- $ n=1 $:
\[
K_1 = 2.178 \times 10^{-18} \, J, \quad v_1 \approx 2.187 \times 10^6 \, m/s
\]
- $ n=4 $:
\[
K_4 = 1.361 \times 10^{-19} \, J, \quad v_4 \approx 5.467 \times 10^5 \, m/s
\]
解析
本题考查氢原子波尔模型中电子动能和速度的计算。解题思路是先明确波尔模型下电子动能和速度的计算公式,再分别将$n = 1$和$n = 4$代入公式进行计算。
1. 明确公式
根据波尔模型,电子的动能公式为:
$K_n = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{n^2} \, J$
速度公式为:
$v_n = \sqrt{\frac{4.356 \times 10^{-18}}{n^2 \times 9.109 \times 10^{-31}}} = \frac{2.187 \times 10^6}{n} \, m/s$
2. 计算$n = 1$时的动能和速度
- 动能$K_1$:
将$n = 1$代入动能公式$K_n = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{n^2} \, J$,可得:
$K_1 = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{1^2} = 2.178 \times 10^{-18} \, J$ - 速度$v_1$:
将$n = 1$代入速度公式$v_n = \frac{2.187 \times 10^6}{n} \, m/s$,可得:
$v_1 = \frac{2.187 \times 10^6}{1} \approx 2.187 \times 10^6 \, m/s$
3. 计算$n = 4$时的动能和速度
- 动能$K_4$:
将$n = 4$代入动能公式$K_n = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{n^2} \, J$,可得:
$K_4 = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{4^2} = \frac{2.178 \times 10^{-18}}{16} = 1.36125 \times 10^{-19} \approx 1.361 \times 10^{-19} \, J$ - 速度$v_4$:
将$n = 4$代入速度公式$v_n = \frac{2.187 \times 10^6}{n} \, m/s$,可得:
$v_4 = \frac{2.187 \times 10^6}{4} = 5.4675 \times 10^5 \approx 5.467 \times 10^5 \, m/s$