Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Сборник задач по физике (часть 2).docx
Скачиваний:
139
Добавлен:
28.03.2016
Размер:
637 Кб
Скачать
☆

Решение

Длина волны де Бройля (12Ф)

λ = h/р, (1)

Необходимо сначала установить какова скорость электрона при заданных кинетических энергиях. Для этого нужно сравнить кинетическую энергию электрона с его энергией покоя E0 = mc2 =0,51МэВ. Для энергии E1 = 100 эВ имеем E1 << E0,, и электрон является нерелятивистским, т.е. его скоростьvнамного меньше скорости светасв вакууме. Следовательно, можно пользоваться ньютоновской формулой кинетической энергии

откуда импульс электрона

Подставляя это выражение в (1), найдем длину волны де Бройля для электрона, имеющего кинетическую энергию E1,

= 1,2.10–10 м=120 пм.

Для энергии E2=1,0 МэВ имеемE2>> E0. Следовательно, электрон является релятивистским и его импульс

В этом случае из (1) найдем длину волны де Бройля для электрона, обладающего энергией E2,

=0, 88.10–12 м=0,88 пм.

Пример 10. Кинетическая энергия электрона в невозбужденном атоме водородаE =13,6 эВ. Используя соотношение неопределенностей, найти минимальную неопределенность координаты электрона в атоме водорода.

Решение

Используем соотношение неопределенностей для проекции импульса и координаты частицы (15Ф)

∆рx.∆x≥ ћ, (1)

откуда минимальная неопределенность координаты

∆xmin=ћ/∆рx. (2)

Физически разумная неопределенность проекции импульса ∆рxне должна превышать проекции самого импульсарx (∆рxрx). Очевидно также, что проекциярxна фиксированную осьХлежит в интервале [–р,р]. Таким образом, величины ∆рx иродного порядка ∆рx ~ р. Тогда (2) примет вид

∆xmin ~ћ/р. (3)

Из условия задачи видно, что кинетическая энергия электрона намного меньше его энергии покоя E0=mc2=0, 51 МэВ. Следовательно, электрон является нерелятивистской частицей, и его импульсПодставляя этот импульс в (3), получим ответ:

Пример 11. Частица находится в основном состоянии в одномерной прямоугольной потенциальной яме ширинойlс бесконечно высокими стенками. Найти вероятность нахождения частицы в области 0 < x<l/3.

Решение

Искомая вероятность выражается интегралом (18Ф)

(1)

где (x)= n(x) – собственная волновая функция частицы. Для одномерной и прямоугольной потенциальной ямы (см. (19Ф))

(2)

где n= 1, 2, 3,…. В нашей задачеn =1, т. к. частица находится в основном состоянии. Найдем вероятность нахождения частицы в области 0 <x<l/3, используя (1). В нашем случаеx1=0, x2=l/3. Тогда с учетом (2)

(3)

Используя соотношение sin2α=(1–cos2α)/2, где α=πx/l, вычислим интеграл (3):

Нашли вероятность нахождения частицы в области 0 < x<l/3.

Пример 12.Сколько ядер распадается в радиоактивном изотопе церия массойm =1,0 мг в течение времениt1 = 1,0c,t2=1,0 год? Период полураспада церияТ=285 сут.

Решение

Число ядер, распавшихся за время t,находится по формуле

∆N=N0(1–е– λt). (1)

Здесь N0–число ядер в начальный момент времени, которое можно выразить через массу изотопаm, постоянную АвогадроNA=6,02.1023моль–1и молярную массу церияМ=0,14 моль–1

(2)

Постоянная распада λ в формуле (1) равна (см. (24Ф))

λ =ln2/Т. (3)

Если промежуток времени tнамного меньше периода полураспадаТ, то число распавшихся за это время ядер находиться по формуле (см. (25Ф))

∆N =λN0 t. (4)

Таким образом, для времени t= t1 << Tможно пользоваться формулой (4), которая с учетом (2) и (3), примет вид:

(5)

Подставляя сюда числовые данные, получим:

∆N1 =1,2.1012 ядер.

Для времени распада t2=1,0 год необходимо пользоваться формулой (1), которая с учетом (2) и (3) запишется:

(6)

Для упрощения числового расчета воспользуемся соотношением eln2=2. Тогда

Произведя вычисления, найдем:

∆N2 = 2,5.1018ядер.

Пример 13.Найти массуm1изотопа урана238U, имеющего такую же активность, как изотоп стронция90Srмассойm2 =1,00 мг.