Zadanie 9: Odrzut atomu wodoru przy emisji fotonu
- Arkusz
- CKE Czerwiec 2023 · Czerwiec · 2023
- Punkty
- 6 pkt
- Dział
- Fizyka atomowa i kwanty promieniowania elektromagnetycznego · Model atomu Bohra
- Trudność
- Poziom trudności: trudne
Zadanie dotyczy zjawiska odrzutu atomu wodoru w wyniku emisji fotonu przy przejściu elektronu między poziomami energetycznymi.
Treść zadania
W początkowo spoczywającym atomie wodoru, w wyniku przejścia elektronu z poziomu energetycznego n = 2 na poziom energetyczny n = 1, został wyemitowany foton. Wskutek emisji fotonu atom wodoru doznał odrzutu. Przyjmij do obliczeń masę atomu wodoru .
Wskazówki:
(1) Do określenia energii kinetycznej atomu lub pędu atomu możesz używać wzorów mechaniki klasycznej Newtona.
(2) Związek między energią fotonu i pędem fotonu jest następujący: , gdzie jest wartością prędkości światła w próżni.
Zadanie 9.1. (0–3)
Wyprowadź wzór pozwalający wyznaczyć – energię kinetyczną, jaką uzyskał atom wodoru w wyniku odrzutu – w zależności od: energii emitowanego fotonu, masy atomu wodoru oraz wartości prędkości światła w próżni.
Zadanie 9.2. (0–3)
Wiadomo, że energia fotonu emitowanego podczas opisanego przejścia w atomie wodoru jest dużo większa (o kilka rzędów wielkości) od energii kinetycznej atomu uzyskanej w wyniku odrzutu. Można więc przyjąć, że odrzut atomu praktycznie nie wpływa na energię emitowanego fotonu. Oblicz wartość prędkości (odrzutu) atomu wodoru po emisji fotonu. Wskazówka: Skorzystaj z zasady zachowania pędu oraz zasady zachowania energii dla układu atom – foton, oraz z faktu, że energia kinetyczna atomu jest pomijalnie mała w porównaniu z energią fotonu.
Odpowiedź i wynik końcowy
Wzór: .
Prędkość odrzutu atomu wodoru wynosi około (przyjmując energię fotonu dla przejścia wynoszącą ).