Question

【題目】“通過觀測的結(jié)果，間接構(gòu)建微觀世界圖景”是現(xiàn)代物理學(xué)研究的重要手段，如通過光電效應(yīng)實驗確定了光具有粒子性。弗蘭克-赫茲實驗是研究汞原子能量是否具有量子化特點的重要實驗。實驗原理如圖1所示，燈絲K發(fā)射出初速度不計的電子，K與柵極G間的電場使電子加速，GA間加有0.5V電壓的反向電場使電子減速，電流表的示數(shù)大小間接反映了單位時間內(nèi)能到達(dá)A極電子的多少。在原來真空的容器中充入汞蒸汽后，發(fā)現(xiàn)KG間電壓U每升高4.9V時，電流表的示數(shù)I就會顯著下降，如圖2所示。科學(xué)家猜測電流的變化與電子和汞原子的碰撞有關(guān)，玻爾進(jìn)一步指出該現(xiàn)象應(yīng)從汞原子能量量子化的角度去解釋。下列說法錯誤的是

A. 汞原子基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)的能級之差可能是4.9eV

B. KG間電壓低于4.9V時，電流隨電壓增大而上升，是因為電子能量越高，越容易克服反向電壓到達(dá)A極

C. KG間電壓在5~10V之間時，出現(xiàn)電流隨電壓增大而上升的一段圖線，是因為單位時間使汞原子發(fā)生躍遷的電子個數(shù)增加

D. 即使KG間電壓高于4.9V，電子也存在始終不與汞原子發(fā)生碰撞的可能性

Answer 1

【答案】C

【解析】

由題意知，KG間電壓U每升高4.9V時，電流表的示數(shù)I就會顯著下降，這說明電子經(jīng)過加速后獲得的動能正好達(dá)到汞原子躍遷的最低能量，也就是從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所吸收的能量，所以A正確；當(dāng)KG間的電壓低于4.9 V時，電子在KG間被加速而獲得的能量低于4.9 eV。電子與汞原子碰撞時，不能使汞原子躍遷到激發(fā)態(tài)。同時電子不會因為碰撞而損失能量，電子能量越高越容易克服GA間的反向電壓抵達(dá)A極，因此電流隨著KG間電壓的升高也越來越大，所以B正確；當(dāng)KG間電壓在5~10V之間時，電流隨電壓增大而上升，是因為電子在KG空間與汞原子碰撞而轉(zhuǎn)移掉4.9 eV的能量后，還留有足夠的能量，又能克服反向電壓從G極到達(dá)A極，電流又上升了，所以C錯誤；因為原子不是實心體，所以當(dāng)電子進(jìn)入汞原子內(nèi)部時，即使KG間電壓高于4.9V，電子也存在著始終不與汞原子發(fā)生碰撞的可能性，故D正確。