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原子在不停地做热运动,为了能高精度地研究孤立原子的性质,必须使它们几乎静止下来并能在一个很小的空间区域停留一段时间,例如纳米技术中需要移动或修补分子.科学家已发明了
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原子在不停地做热运动,为了能高精度地研究孤立原子的性质,必须使它们几乎静止下来并能在一个很小的空间区域停留一段时间,例如纳米技术中需要移动或修补分子.科学家已发明了一种称为“激光制冷”的技术,原理如下: 在一个真空室内,一束非常准直的Na-23原子束(通过样品在1 000 K高温下蒸发而获得,原子做热运动的速率近似为v 0 ="1" 000 m/s),受一束激光的正面照射,如图15-2-3所示.设原子处在基态,运动方向与激光光子的运动方向相反,选好激光频率使光子能量E等于钠原子第一激发态与基态间能量差,原子就能吸收它而发生跃迁,跃迁后原子的速度为v 1 ,随后该原子发射光子并回到基态.设所发射光子的运动方向与速度v 0 的方向总是相同的,此时原子的速度为v 2 ,接着重复上述过程,直到原子的速度减小到零. ![]() 图15-2-3 (1)吸收与发射光子的总次数为多少? (2)原子停留在激发态上的时间称为原子在这种状态下的寿命,大小约为10 -8 s.忽略每次吸收与发射光子的时间,按上述方式,原子初速度v 0 减小到零,共需多长时间?该时间内原子共走过的路程为多少?(E=3.36×10 -19 J,钠原子的质量m=3.84×10 -26 kg,N A =6.0×10 23 mol -1 ,c=3.0×10 8 m/s) |
▼优质解答
答案和解析
(1)1.7×10 4 次 (2)t=1.7×10 -4 sL=8.5×10 -2 m |
(1)光子动量p=mc= ![]() Na吸收光子时:mv 0 -p=mv 1 ② Na放出光子时:mv 1 =mv 2 +p ③ 由①②③联立解得,每吸收、发射一次光子,Na23的动量减少Δp=2p= ![]() ![]() ![]() (2)Na由v 0 减为零的总时间t=nT=1.7×10 -4 s.Na每吸收、发射一次光子,速度的变化量均相同,可将其运动看成匀减速运动,故Na通过的总路程L= ![]() ![]() |
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