19.1 อะตอมและการค้นพบอิเล็กตรอน · บทที่ 19 ฟิสิกส์อะตอม 19.1...

ตวสบายฟสกส เลม 5 http://www.pec9.com บทท 19 ฟสกสอะตอม

1

บทท 19 ฟสกสอะตอม

19.1 อะตอมและการคนพบอเลกตรอน

สสารโดยทวไปนนจะประกอบดวยอนภาคท เรยกวาอะตอม อยภายใน แตละอะตอมจะประกอบไปดวยอนภาคมลฐานซงไดแก อเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน ซงเราจะไดศกษาถงการคนพบอนภาคมลฐานเหลานในหวขอตอๆ ไป

19.1.1 รงสแคโทด การศกษาเกยวกบอะตอมมความกาวหนาอยางรวดเรวหลงจากมการประดษฐหลอดแกวสญญากาศขนมา หลอดแกวสญญากาศเปนหลอด แกวกลวงปดสนทภายในมขวไฟฟา 2 ข ว คอขว แคโทดและขวแอโนด ภายในหลอดนจะมแกสอย นอยมากจนถอวาเปนสญญากาศได ผนงหลอดดาน ในจะฉาบเอาไวดวยสารเรองแสง ซงจะเรองแสงขน มาใหเหนเมอมรงสมาตกกระทบ เ มอน าหลอดแกวสญญากาศไปตอกบเครองก าเนดกระแสไฟฟาความตางศกยสงประมาณ 10000 โวลต โดยตอขวไฟฟาลบเขากบแคโทดและขวไฟฟาบวกเขากบแอโนด จะเกดรงสพงออกมาจากขวแคโทด จงเรยกรงสนวารงสแคโทด

19.1.2 การทดลองของทอมสน ทอมสนพบวารงสแคโทดจะมสมบตทส าคญไดแก 1) เมอน าขวไฟฟาบวกและลบเขาประกบเพมภาย นอกหลอด รงสแคโทดจะเบยงเบนเขาหาขวไฟฟาบวก

2) เมอน าขวแมเหลกเหนอและใต เขาประกบภาย นอกหลอด ท าใหเกดสนามแมเหลกพงตดผานหลอดแกว รงสแคโทดจะเบยงเบนในสนามแมเหลก และทศการ เบยงเบนเปนไปตามกฎมอซาย

3) เมอน าแผนโลหะบางๆ มาวางกนรงสแคโทด รงสแคโทดจะไมสามารถทะลแผนโลหะทขวางกน


2

4) เมอน ากงหนเลกๆ มาวางขวางทางรงสใหรงส พงเขากระทบกงหน จะท าใหกงหนเกดการหมนตวได

จากสมบตขอท 3) และ 4) ท าใหทราบวาภายในรงสนประกอบไปดวยกอนอนภาคซงมตวตน มมวล มโมเมนตม ( ไมใชคลนทไรตวตน ) ดงนนเมอรงสพงชนแผนโลหะทกนจงไมสามารถทะลแผนโลหะได เมอชนกงหนเลกๆ จะท าใหกงหนหมนตวได จากสมบตขอท 1) และ 2) ท าใหทราบวาอนภาคภายในรงสแคโทดนมประจไฟฟาเปนลบ จงเบนเขาหาขวไฟฟาบวก และเบนในสนามแมเหลก อนภาคทมประจเปนลบนตอมาถกเรยกวา อเลกตรอน ทอมสนอธบายสาเหตการเกดรงสแคโทดวา เมอโลหะทเปนขวแคโทดไดรบพลงงาน ไฟฟาทมศกยสง จะท าใหอเลกตรอนภายในอะตอมโลหะในขวแคโทดนนหลดออกมา แลวเคลอนทพงตรงไปยงขวแอโนด (ขวบวก) เกดเปนเสนรงสแคโทดขนมา และจากการทดลองนท าให ทอมสนสรปวา ในอะตอมจะตองมอนภาคไฟฟาลบเรยกวา อเลกตรอน เปนองคประกอบอยภายใน

1. สมบตของรงสแคโทดขอใดทท าใหทราบวารงสแคโทดประกอบไปดวยอนภาค 1. เบยงเบนเขาหาขวไฟฟาบวกและสนามแมเหลก 2. ไมทะลแผนโลหะบางๆ ทวางกน และชนกงหนแลวท าใหกงหนหมนได 3. ท าใหสารเรองแสงเกดการเรองแสงได 4. ถกทกขอ

2. สมบตของรงสแคโทดขอใดทท าใหทราบวา อนภาคในรงสแคโทดมประจไฟฟาเปนลบ 1. เบยงเบนเขาหาขวไฟฟาบวกและสนามแมเหลก 2. ไมทะลแผนโลหะบางๆ ทวางกน และชนกงหนแลวท าใหกงหนหมนได 3. ท าใหสารเรองแสงเกดการเรองแสงได 4. ถกทกขอ


3

นอกจากนทอมสนยงท าการทดลองเพอหาความเรวในการเคลอนทของอเลกตรอนและหาอตราสวนของขนาดประจตอมวลของอเลกตรอน โดยยงรงสแคโทดซงมอเลกตรอนอยผานเขาไปในสนามแมเหลกและสนามไฟฟา อเลกตรอนจะถกแรงกระท า 2 แรง คอ

แรงจากสนามไฟฟา ( F = q E ) และแรงจากสนามแมเหลก ( F = q v B ) หากแรงท งสองมคาเทากนและมทศตรงกนขาม จะท าใหอเลกตรอนจะเคลอนเปนเสนตรงอยในแนวระดบ และจะไดวา q v B = q E

v = BE ( แทนคา E = dV )

v = Bd V

เมอ v คอความเรวอเลกตรอน ( เมตร/วนาท ) B คอความเขมสนามแมเหลกไฟฟา ( เทสลา ) E คอความเขมสนามไฟฟา ( นวตน/คลอมบ , โวลต/เมตร ) V คอความตางศกยทใช (โวลต ) D คอระยะหางของขวไฟฟา ( เมตร )

3. ในการทดลองหาอตราเรวอเลกตรอน ถาใชสนามแมเหลกความเขม 2 x 10–3 เทสลา และ ใชสนามไฟฟาความเขม 3 x 104 นวตน/คลอมบ ท าใหรงสแคโทดเปนเสนตรงพอด จง หาความเรวของอนภาครงสแคโทดในหนวยเมตรตอวนาท

1. 1.0 x 107 2. 1.5 x 107 3. 2.0 x 107 4. 2.5 x 107

4. ในการทดลองหาอตราเรวอเลกตรอน ถาใชสนามแมเหลกความเขม 1 x 10–3 เทสลา และ ใชสนามไฟฟาทเกดจากเพลตสองเพลตทอยหางกน 0.01 เมตร แล มความตางศกย 200 โวลต ท าใหรงสแคโทดเปนเสนตรงพอด จงหาความเรวของอนภาครงสแคโทดในหนวย เมตรตอวนาท

1. 1.0 x 107 2. 1.5 x 107 3. 2.0 x 107 4. 2.5 x 107


4

และเมอยงรงสแคโทดตดสนามแมเหลกอยางเดยว อเลกตรอนจะเคลอนทเปนวงกลม จาก R = Bq

m v

จะไดวา mq = R B

v

เมอ q คอประจของอเลกตรอน 1 ตว (คลอมบ ) v คอความเรวของอเลกตรอน ( เมตร/วนาท ) R คอรศมวงโคจรอเลกตรอน ( เมตร ) m คอวลอเลกตรอน 1 ตว ( กโลกรม ) B คอความเขมสนามแมเหลก ( เทสลา )

จากการทดลองของทอมสน จะได mq ของอเลกตรอนมคา 1.76 x 1011 คลอมบตอ-

กโลกรม คงทเสมอไมวาจะเปลยนขวแคโทดเปนอะตอมของธาตชนดใดกตาม แสดงวาอเลกตรอนของธาตทกชนดจะมอตราสวนของประจและมวลเทากนเสมอ

5. เมอยงอเลกตรอนความเรว 3 x 107 เมตร/วนาท พงเขาตดตงฉากกบสนามแมเหลกความ เขม 0.001 เทสลา ท าใหอเลกตรอนเคลอนเปนวงกลมรศม 0.2 เมตร จงหาคาประจตอ มวลของอเลกตรอนในหนวยคลอมบตอกโลกรม

1. 1.0 x 1011 2. 1.5 x 1011 3. 2.0 x 1011 4. 2.5 x 1011

6. อเลกตรอนเคลอนทดวยอตราเรว 2.8 x 107 เมตรตอวนาท เขาสสนามแมเหลกโดยมทศ การเคลอนทตงฉากกบสนามแมเหลก ปรากฏวาอเลกตรอนเคลอนทเปนวงกลมรศม 0.1 เมตร จงหาวาสนามแมเหลกทใชมขนาดกเทสลา ก าหนดใหประจไฟฟาตอมวลของ อเลกตรอนเปน 1.76 x 1011 คลอมบตอกโลกรม 1. 0.8 x 10–3 2. 1.0 x 10–3 3. 1.4 x 10–3 4. 1.6 x 10–3


5

7. ในการทดลองของทอมสน เพอหาคาอตราสวนของประจตอมวลของอนภาครงสแคโทด ถาใชเพยงสนามแมเหลกเพยงอยางเดยว การเบยงเบนของรงส มรศมความโคง 0.114 เมตร และคาสนามแมเหลกเทากบ 1 x 10–3 เทสลา ในสนามแมเหลกเดยวกนถาใชสนามไฟฟาท เกดจากเพลตสองเพลตทอยหางกน 0.01 เมตร และ มความตางศกย 200 โวลต ท าใหรงส เดมเปนเสนตรง จงหาคาประจตอมวลของอนภาคของรงสแคโทดในหนวยคลอมบตอ กโลกรม

1. 1.50 x 1011 2. 1.75 x 1011 3. 2.00 x 1011 4. 2.25 x 1011

19.1.3 การทดลองของมลลแกน

มลลแกน ( Robert A. Millikan ) ไดท าการทดลองเพอหาประจของอเลกตรอน โดยใชหยดน ามนซงมประจไฟฟาใสลง ไประหวางขวไฟฟาดงรป หยดน า มนจะถกแรงกระท า 2 แรง ไดแก

1. น าหนกหยดน ามน ( W = m g ) ซงมทศลง

2. แรงของสนามไฟฟา ( F = q E ) ซงมทศขน

หากปรบขนาดของแรงทงสองใหมคาเทากนหยดน ามนจะลอยอยนงได จาก Fขน = Fลง q E = m g ( แทนคา q = n e ) n e E = m g n e = E

mg เมอ q คอประจรวมทงหมดในหยดน ามน ( คลอมบ ) n คอจ านวนอเลกตรอน


6

e คอประจอเลกตรอน 1 ตว = 1.6 x 10–19 คลอมบ m คอมวลของหยดน ามนทงหมด ( กโลกรม ) E คอความเขมสนามไฟฟา ( นวตน/คลอมบ ) จากการทดลองจะได n e = จ านวนเตม x 1.6 x 10–19 คลอมบ เชน n e = 1 x 1.6 x 10–19 คลอมบ n e = 2 x 1.6 x 10–19 คลอมบ n e = 3 x 1.6 x 10–19 คลอมบ

จงสรปวาอเลกตรอน 1 ตว มประจ 1.6 x 10–19 คลอมบ สวนจ านวนเตมคณอย กคอจ านวนอเลกตรอนนนเอง

8. หยดน ามนอนมจ านวนอเลกตรอนมากกวาจ านวนโปรตอนอย 5 ตว มมวล 1.3 x 10–15 กโลกรม ลอยแขวนอยระหวางแผนประจในเครองทดลองของมลลแกนซงมสนามไฟฟาเขม 2 x 104 นวตนตอคลอมบ จากการทดลองนจงหาประจของอเลกตรอน 1 ตว 1. 1.1 x 10–19 C 2. 1.3 x 10–19 C 3. 1.6 x 10–19 C 4. 1.8 x 10–19 C

9. หยดน ามนอนมจ านวนอเลกตรอนมากกวาจ านวนโปรตอนอย 10 ตว มมวล 1.6 x 10–15 กโลกรม ลอยแขวนอยระหวางแผนประจในเครองทดลองของมลลแกนซงมความตางศกย 100 โวลต ระยะหางระหวางขวไฟฟา 1 เซนตเมตร จงหาประจของอเลกตรอน 1 ตว 1. 1.1 x 10–19 C 2. 1.3 x 10–19 C 3. 1.6 x 10–19 C 4. 1.8 x 10–19 C


7

10(แนว มช) ในการทดลองของมลลแกนเมอท าใหหยดน ามนมวล 1.6 x 10–14 กโลกรม ลอย หยดนงระหวางแผนโลหะขนานซงวางหางกน 1 ซม. โดยแผนบนมศกยไฟฟาสงกวาแผน ลางเทากบ 400 โวลต ถาอเลกตรอนมประจ 1.6 x 10–19 คลอมบ จงหาวาหยดน ามน นมอเลกตรอนแฝงอยกตว 1. 25 2. 50 3. 250 4. 500

11. ในการทดลองเรองหยดน ามนของมลลแกน ถาหยดน ามนมมวล 6.4 x 10–15 กโลกรม และไดรบอเลกตรอนเพม 5 ตว เคลอนทขนดวยความเรง 5 เมตร/วนาท2 ถาระยะหาง ระหวางแผนโลหะเทากบ 1 เซนตเมตร ความตางศกยระหวางแผนโลหะทงสองมคาก โวลต ก าหนดใหประจไฟฟาของอเลกตรอนเทากบ –1.6 x 10–19 คลอมบ

19.2 แบบจ าลองอะตอม

19.2.1 แบบจ าลองอะตอมของทอมสน ในเวลาตอมามนกวทยาศาสตรชอ ออยเกน- โกลดสไตน (Eugen Goldstein ) ไดท าการทดลอง โดยใชหลอดแกวสญญากาศ เชน เดยวกบ ทอมสน โกลดสไตนพบวา เมอเกดรงสแคโทดขนแลวจะ เกดรงสอกชนดหนงวงยอนกลบมาหาขวแคโทดซง เปนขวไฟฟาลบ แสดงวารงสนมประจเปนบวก จงเรยกรงสบวกหรอรงสแคแนล โกลดสไตน อธบายการเกดรงสนวา อะตอมของแกสในหลอดสญญากาศนน ควรจะมอเลกตรอนลบอยภายในและควรมอนภาคไฟฟาบวกอยดวยในจ านวนทเทาๆ กน เพราะอะตอมปกตจะตองเปน


8

กลางทางไฟฟาคอมประจไฟฟารวมเทากบศนย และเมอยงรงสแคโทดซงประกอบไปดวยอเลกตรอนอยภายในเขาไปกระทบอะตอมแกส อเลกตรอนในรงสแคโทดจะไปกระทบอเลกตรอนของแกสใหหลดกระเดนออกไป ท าใหอะตอมแกสกลายเปนอนภาคไฟฟาบวกแลววงยอนกลบมาหาขวแคโทด(ลบ) กลายเปนรงสบวกดงกลาว และจากการทดลองนเปนสงยนยนใหโกลดสไตน ทราบวาในอะตอมนนตองมอนภาคไฟฟาบวกอยดวยอยางแนนอน โกลดสไตนเรยกอนภาคบวกนวาโปรตอน จากการทดลองของทอมสน , โกลดสไตน และนกวทยาศาสตรอกหลายทาน ท าใหเชอวาในอะตอมใดๆ จะตองประกอบดวยอนภาคทมประจบวก (โปรตอน) และอนภาคทมประจลบ (อเลกตรอน) ทอมสนจงไดเสนอแบบจ าลองของอะตอมเอาไววา “ อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบไปดวยโปรตอน ซงมประจบวก และอเลกตรอนซงมประจลบกระจายอยท วไปอยาง สม าเสมอและในอะตอมทเปนกลางทางไฟฟาจะมจ านวนโปรตอน เทากบจ านวนอเลกตรอน ”

12. ตอไปนขอใดเปนแบบจ าลองอะตอมของทอมสน 1. 2. 3. 4.

19.2.2 แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด รทเทอรฟอรด ไดท าการทดลอง ยงรงสแอลฟา ซงเปนอนภาคไฟฟาบวก เขาไปกระทบแผนทองค าบางๆ ซงลอม รอบไวดวยฉากเรองแสง ผลปรากฏวา รงสแอลฟาสวนใหญ ทะลแผนทองค า ออกไปเปนเสนตรง สวนนอยเบยงเบน แนวการเคลอนท และสวนนอยทสดจะ เกดการสะทอนยอนกลบ

+ +

e

e

+ + – – – + + + – –


9

จากการทดลองนท าใหรทเทอรฟอรดเสนอแบบจ าลองอะตอมขน มาใหมวา อะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมขนาดเลกมากอยตรงกลาง และมประจไฟฟาเปนบวก โดยมอเลกตรอนวงวนอยรอบๆ นอก และระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอนจะเปนทโลงกวาง

และรทเทอรฟอรดไดใชแบบจ าลอง อะตอมทสรางขนใหม อธบายผลการทด ลองยงรงสแอลฟากระทบแผนทองค าบางวา เมอรงสแอลฟาทะลเขาอะตอมทองค า รงส สวนมากจะลอดชองวาง ระหวางนวเคลยส กบอเลกตรอนแลวทะลออกไปเปนเสนตรง รงสสวนนอย จะ พง เขาใกลนวเคลยสซงม ขนาดเลกแลวเกดแรงผลกระหวางประจบวก ของนวเคลยส กบประจบวกของรงสแอลฟาแลวท าใหรงสแอลฟาเกดการเบยงเบน และรงสสวนนอยทสดจะพงเขาชนนวเคลยสตรงๆ แลวเกดการสะทอนยอนกลบออกมา แตการพงเขาใกลกบการพงชนตรงๆ จะเกดไดนอยเพราะนวเคลยสมขนาดเลกนนเอง

13. ตอไปน ขอใดเปนแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

1. 2. 3. 4.

14(แนว มช) เมอยงอนภาคแอลฟาไปยงแผนโลหะทองบางๆ ( เลยนแบบการทดลองของรท- เทอรฟอรด ) ปรากฏการณในขอใดมโอกาสเกดไดนอยทสด 1. อนภาคแอลฟาจะวงผานทะลผานทองค าเปนเสนตรง 2. อนภาคแอลฟาจะวงสะทอนกลบ 3. อนภาคจะวงเบนไปจากแนวเสนตรงเลกนอย 4. อนภาคแอลฟาจะวงเบนไปจากแนวเสนตรงคอนขางมาก

+ +

e

e

+ +

e

e

รงสสวนมาก

ทะลตรง

รงสสวนนอยเบยงเบน

รงสนอยทสดสะทอนกลบ

+ +

e

e

+ +

e

e

+ + – – – + + + – –


10

15. มอนภาคแอลฟาวงตรงเขาสนวเคลยสของอะตอมทองค า อนภาคแอลฟาจะหยดนงกตอ เมออนภาคนน

1. มพลงงานรวมเปนศนย 2. กระทบผวนวเคลยส 3. กระทบกบอเลกตรอนในชนใดชนหนง 4. มพลงงานศกยเทากบพลงงานจลนเดม

19.3 ทฤษฏอะตอมของโบร

19.3.1 แบบจ าลองอะตอมของโบร โบร ไดเสนอแบบจ าลองอะตอมของไฮโดรเจนขนมาโดยน าแนวคดเรองควอนตมของพลงงานของพลงคมาใชกบแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด พรอมทงเสนอสมมตฐานขนใหม 2 ขอ ไดแก

1. อเลกตรอนทเคลอนทเปนวงกลมรอบ นวเคลยส จะมวงโคจรบางวงทอเลกตรอนไม แผรงสคลนแมเหลกไฟฟาออกมา ในวงโคจร ดงกลาวอเลกตรอนจะมโมเมนตมเชงมม ( L ) คงตว และโมเมนตมเชงมมนมคาเปนจ านวน เตมเทาของคาตวมลฐานคาหนงคอ h ( อาน วาเอชบาร ) ซงเทากบ 2

h ดงนนส าหรบ อเลกตรอนมวล m ทเคลอนทรอบนวเคลยสใน วงโคจรรศม r โดยมอตราเรวเชงเสน v ตามสมมตฐานขอนจะไดวา L = m v r = n h เมอ n เปนเลขจ านวนเตมบวก 1 , 2 , 3 , .... ในทนเรยกวาเลขควอนตมของวงโคจร

2. อเลกตรอนจะรบหรอปลอยพลงงานออกมา เมอมการเปลยนวงโคจรตามขอ 1. พลง งานทอเลกตรอนรบหรอปลอยออกมาจะอยในรปคลนแมเหลกไฟฟา

ส าหรบรศมวงโคจรอเลกตรอนแตละวงของอะตอมไฮโดรเจน สามารถหาไดจากสมการ rn = 5.3 x 10–11 n2

เมอ rn คอรศมวงโคจรท n ( เมตร ) n คอล าดบทของวงโคจรจากวงในสดไปนอกสด


11

16(แนว มช) รศมวงโคจรทสามจากในสดของอะตอมไฮโดรเจนมคาเทากบกเมตร 1. 5.3 x 10–11 2. 10.6 x 10–11 3. 21.2 x 10–11 4. 47.7 x 10–11

17(แนว En) ในแบบจ าลองอะตอมไฮโดรเจนของโบรรศมวงโคจรของอเลกตรอนในสถานะ n = 4 เปนกเทาของรศมวงโคจรในสถานะ n = 2

19.3.2 ระดบพลงงานของะตอม พลงงานของอเลกตรอนซงอยในแตละวงโคจรของอะตอมไฮโดรเจน หาไดจากสมการ

En = 2n1E

เมอ En คอพลงงานอเลกตรอนในวงโคจรท n ของอะตอมไฮโดรเจน ( อเลกตรอนโวลต, eV ) E1 คอพลงงานของอเลกตรอนไฮโดรเจนในวงโคจรท 1 คอ –13.6 eV n คอล าดบทของวงโคจรจากวงในสดไปนอกสด หมายเหต ; 1 อเลกตรอนโวลต (eV) = 1.6 x 10–19 จล ฝกท า. จากทฤษฏอะตอมของโบร จะไดวา

พลงงานของอเลกตรอนของไฮโดรเจนในวงโคจรท 4 (E4) = ………………………………… พลงงานของอเลกตรอนของไฮโดรเจนในวงโคจรท 3 (E3) = ………………………………… พลงงานของอเลกตรอนของไฮโดรเจนในวงโคจรท 2 (E2) = ………………………………… พลงงานของอเลกตรอนของไฮโดรเจนในวงโคจรท 1 (E1) = …………………………………

เฉลย จาก En = 2n13.6

จะได E4 = 2413.6 = –0.85 eV

E3 = 2313.6 = –1.51 eV

E2 = 2213.6 = –3.40 eV

E1 = 2113.6 = –13.60 eV


12

19.3.3 สเปกตรมของอะตอม

เกยวกบแบบจ าลองอะตอมของโบรมขอทควรทราบเพมเตมดงน 1. ระดบพลงงานในสด ( n = 1 ) จะเปนระดบทมพลงงานต าสด และถดออกมาจะเปนระดบทมพลงงานมากขนเรอยๆ และปกตอเลกตรอนชอบทจะอยชนในสด ( n = 1 ) เพราะจะมเสถยรภาพมากทสด ภาวะเชนนเรยกสภาวะพน ( Ground State ) 2. หากอเลกตรอนไดรบพลงงานทเหมาะสม อเลกตรอนจะดดพลงงานน นแลวเคลอนยายจากระดบพลงงานต าขนไประดบพลงงานสงกวาเดม เรยกภาวะเชนนวาเปนสภาวะกระตน ( Excited State ) แต ภาวะถกกระตนนอเลกตรอนจะมพลงงานมากเกนไปจงไมเสถยร อเลกตรอนจะคายพลงงานสวนหนงออกมแลวเคลอนยายลงมาอยในระดบพลงงานทต ากวาเดม 3. พลงงานทอเลกตรอนคายออกมาจะอยในรปของคลนแมเหลกไฟฟาเสมอ ตวอยางการคายพลงงานของอเลกตรอนของอะตอมไฮโดรเจนเกดเปนสเปกตรมดงน

การเคลอนอเลกตรอน คลนแมเหลกไฟฟาทคาย ชอชดสเปกตรม (อนกรม) จากชนบน ลงมา ชน 1 รงสอลตราไวโอเลต ไลแมน จากชน 6 ลงมา ชน 2 จากชน 5 ลงมา ชน 2 จากชน 4 ลงมา ชน 2 จากชน 3 ลงมา ชน 2

แสงสมวง (410 nm) แสงสน าเงน(434 nm) แสงสน าทะเล (484 nm) แสงสแดง (656 nm)

บลเมอร

จากชนบน ลงมา ชน 3 รงสอนฟาเรด พาสเชน จากชนบน ลงมา ชน 4 รงสอนฟาเรด แบรกเกต จากชนบน ลงมา ชน 5 รงสอนฟาเรด ฟนด


13

ฝกท า. จงเตมค าลงในชองวางตอไปนใหถกตองและสมบรณ ( เกยวกบการเปลยนวงโคจรของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจน )

การเคลอน e คลนแมเหลกไฟฟา อนกรม

บน 1 ............................... ..............

6 2 5 2 4 2 3 2

...............................

...............................

...............................

...............................

..............

บน 3 ............................... ..............

บน 4 ............................... ..............

บน 5 ............................... ..............

18. อนกรมของเสนสเปกตรมชดใดทปลดปลอยพลงงานโฟตอนเปนอลตราไวโอเลต

1. อนกรมไลแมน 2. อนกรมบลเมอร 3. อนกรมพาสเชน 4. อนกรมแบรกเกต

19. สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนชดใดทตามองเหนได 1. อนกรมไลแมน 2. อนกรมบลเมอร

3. อนกรมพาสเชน 4. อนกรมแบรกเกต

20. สเปกตรมทไดจากอะตอมของธาตตางๆ จะ 1. เหมอนกนส าหรบธาตทกธาต 2. จะแสดงคณสมบตเฉพาะของแตละธาต 3. จะไดเปนแถบสวางเสมอ

4. ไดเปนเสนมดเสมอ

21. การเปลยนสถานะตอไปนของอะตอมไฮโดรเจน ขอใดจะปลอยโฟตอนทมพลงงานสงกวา 1. n = 1 ไป n = 2 2. n = 2 ไป n = 1 3. n = 2 ไป n = 6 4. n = 6 ไป n = 2


14

การค านวณหาพลงงาน ความถ ความยาวคลนของสเปกตรมคลนแมเหลกไฟฟาท อะตอมคายออกมาหรอดดเขาไป สามารถหาไดจากสมการตอไปน

E = Ef – Ei E = efh = 4.125 x 10–15 f

E = λ eCh =

λ 910x 1237.5

เมอ E คอพลงงานทเปลยนแปลง ( อเลกตรอนโวลต ) หาก E มคาบวก แสดงวาเปนพลงงานทดดเขาไป หาก E มคาลบ แสดงวาเปนพลงงานทคายออกมา

Ef คอพลงงานของอเลกตรอนในระดบพลงงานสดทาย (อเลกตรอนโวลต) Ei คอพลงงานของอเลกตรอนในระดบพลงงานตอนแรก (อเลกตรอนโวลต) f คอความถคลนแมเหลกไฟฟา ( เฮรตซ ) h = 6.6 x 10–34 J.s ( คาคงทของพลงค )

e = 1.6 x 10–19 C ( คอประจอเลกตรอน 1 ตว ) C = 3 x 108 m/s ( คอความเรวคลนแมเหลกไฟฟา ) คอความยาวคลน ( เมตร ) 22. หากอเลกตรอนของอะตอมไฮโดรเจนเคลอนจากระดบพลงงานท 4 มาสระดบท 2 จะคาย พลงงานออกมากอเลกตรอนโวลต

23(แนว En) พลงงานต าสดของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนคอ –13.6 อเลกตรอนโวลต ถา อเลกตรอนเปลยนสถานะจาก n = 3 ไปส n = 2 จะใหแสงทมพลงงานควอนตมเทาใด 1. 1.51 eV 2. 1.89 eV 3. 3.40 eV 4. 4.91 eV


15

24(แนว En) จากขอทผานมา พลงงานทคายออกมาจะมความยาวชวงคลนกนาโนเมตร 1. 454.1 2. 545.3 3. 654.8 4. 672.0

25(แนว En) จากขอทผานมา พลงงานทคายออกมาจะมความถประมาณกเฮรตซ 1. 2.30 x 1014 2. 4.58 x 1014 3. 2.30 x 1015 4. 4.61 x 1015

26(แนว En) สมมตวาแผนภาพแสดงระดบพลงงานของ อะตอมชนดหนงเปนดงรป ใหหาคาความยาวคลนของ คลนแมเหลกไฟฟาทจะท าใหอะตอมในสถานะพนฐาน แตกตวเปนไอออนไดพอด

1. 62 nm 2. 100 nm 3. 210 nm 4. 310 nm

การหาความยาวคลนของสเปกตรมคลนแมเหลกไฟฟาทอะตอมคายออกมาหรอดดเขาไป ยงสามารถหาไดจากสมการตอไปนอกดวย

1 = R

2in1 2fn

1 -

เมอ R = 1.097 x 107 m–1 ( คาคงตวของรดเบรก ) nf คอล าดบชนของวงโคจรทอเลกตรอนอยตอนสดทาย ni คอล าดบชนของวงโคจรทอเลกตรอนอยตอนแรก

e


16

27. ถาอะตอมเปลยนระดบพลงงานเดมจาก E3 มายง E1 จะปลดปลอยโฟตอนทมความยาว ชวงคลนประมาณเทาใดในหนวยเมตร 1. 1 x 10–6 2. 2 x 10–6 3. 1 x 10–7 4. 1 x 10–9 28(แนว มช) จงค านวณหาความยาวคลนสนทสดในอนกรมไลแมนของไฮโดรเจน สเปกตรม (ตอบในหนวยองสตรอม) 1. 1415 2. 1215 3. 952 4. 912


17

19.3.4 การทดลองของฟรงกและเฮรตซ

ฟรงกและเฮรตซท าการทดลองและพบวา อะตอมของไอปรอทจะมระดบพลงงานของอเลกตรอนแบงเปนชนๆ และชนท 1 กบ 2 จะมพลงงานตางกนอย 4.9 eV สวนชนท 1 กบ 3 จะมพลงงานตางกนอย 6.7 eV ถาเราใหพลงงานแกอเลกตรอนสถานะพน ( อยในชนท 1 ) จ านวนนอยกวา 4.9 eV อเลกตรอนนนจะไมรบพลงงานนน เพราะมปรมาณไมเพยงพอทจะใชเคลอนขนไปชนทสงกวา แตถาใหพลงงานจ านวน 4.9 eV อเลกตรอนจะรบพลงงานแลวเคลอนขนไปอยชน 2 ไดพอด และถาใหพลงงานมากกวา 4.9 eV แตไมถง 6.7 eV เชนใหพลงงาน 6.0 eV อเลกตรอนจะรบพลงงานเพยง 4.9 eV พลงงานสวนทเหลอจะคายทงออกมา แตถาใหพลงงาน 6.7 eV อเลกตรอนจะรบพลงงานทงหมด 6.7 eV เพราะเปนพลงงานทท าใหเคลอนยายขนไปชน 3 ไดพอดนนเอง การทดลองของฟรงกและเฮรตซนเปนอกสงหนงทสนบสนนทฤษฏอะตอมของโบรทบอกวา ระดบพลงงานของอเลกตรอนรอบนวเคลยสแบงเปนชนๆ นนเอง


18

29(แนว En) ตามการทดลองของฟรงกและเฮรตซ ขอสรปใดไมจรง 1. อเลกตรอนทมพลงงานนอยกวา 4.9 eV จะมการชนแบบยดหยนกบอะตอมของ ไอปรอท 2. อเลกตรอนทมพลงงานมากกวา 4.9 eV จะสญเสยพลงงานสวนหนงใหกบอะตอม ของไอปรอท 3. อะตอมของไอปรอทมคาพลงงาน ระดบพนเทากบ 4.9 eV 4. อะตอมของไอปรอทมคาพลงงานเปนชนๆ ไมตอเนอง

30. การทดลองของฟรงคและเฮรตซใหผลสรปทส าคญขอใด 1. อเลกตรอนชนอะตอมแบบยดหยนเปนสวนใหญ 2. อเลกตรอนชนกบอะตอมแบบไมยดหยน

3. อะตอมมระดบพลงงานเปนชน ๆ 4. กระแสไฟฟาผานแกสทมความดนต า

19.3.5 รงสเอกซ

หลอดรงสเอกซเปนเครองมอผลตรงสเอกซมสวนประกอบส าคญดงรป ขวไฟฟา C จะถกท าใหรอน โดยผานกระแสไฟฟาจาก ความตางศกย V1 อเลกตรอนซงหลด จากขวไฟฟา C (แคโทด) จะถกเรงใหม ความเรวสง โดยสนามไฟฟาจากความ ตางศกย Vo ซงมคาสง และชนเปาโล- หะ A (แอโนด) ท าใหเกดรงสเอกซขน

สเปกตรมของรงสเอกซม 2 แบบ 1. สเปกตรมแบบตอเนอง (continuous X - ray) ในหลอดรงสเอกซ อเลกตรอนทวงเขาชนกบอะตอมของเปา อเลกตรอนจะสญเสยพลงงานจลนโดยแผคลนแมเหลกไฟฟาในรปรงสเอกซออกมาเปนผลใหตวมนเองเคลอนทชาลง เนองจากจ านวนอเลกตรอนทชนเปามมากมายและแตละตวมการสญเสยพลงงานคาตางๆ กน ดงนนรงสเอกซทแผออกมาจะมสเปกตรมแบบตอเนองอเลกตรอนบางตวอาจชนกบอะตอมของเปาโดยตรงและหยดลงทนท ในการน


19

พลงงานจลนทงหมดของอเลกตรอนจะเปลยนเปนพลงงานคลนแมเหลกไฟฟา ซงอยในรปรงสเอกซทมความถสงสด (fmax) เนองจากพลงงานมคาสงสดไดจากการผานความตางศกย Vo

การค านวณหาความถสงสดของรงสเอกซ เนองจากอเลกตรอน จะเปลยนพลงงานไฟฟาเปนคลนแมเหลกไฟฟา (รงสเอกซ) จงไดวา W = E รงสเอกซ

e V = h f หรอ e V =

λCh

เมอ e คอประจอเลกตรอน = 1.6 x 10–19 คลอมบ V คอความตางศกยทใชเรงอเลกตรอน ( โวลต )

h = 6.6 x 10–34 J.s ( คาคงทของพลงค ) f คอความถสงสดรงสเอกซ ( เฮรตซ )

C = 3 x 108 m/s ( คอความเรวคลนแมเหลกไฟฟา ) คอความยาวคลนนอยทสดรงสเอกซ ( เมตร )

2) สเปกตรมแบบเสน (characteristic X – rays) เกดจากอเลกตรอน ทถกเรงจนมพลงงานสงมากจะสามารถผานเขาชนกบอเลกตรอนในวงโคจรชนในของอะตอม ท าใหอเลกตรอนดงกลาวหลดไปอเลกตรอนในวงโคจรถดออกมา ซงมระดบพลงงานสงกวาวงโคจรชนในจงโดดเขาแทนทพรอมกบปลอยพลงงานสวนเกนออกมาในรปรงสเอกซการเปลยนแปลงในอะตอมเชนนเปนในท านองเดยวกบการเกดสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน รงสเอกซทเกดขนจะมความยาว คลนเปนคาเฉพาะ และจะ แตกตางกนไปตามชนดของโลหะทใชท าเปา ดง นนสเปกตรมสวนนจงมลกษณะเปนเสนซงปรากฏ การณนสนบสนนทฤษฎของโบรในแงทวาอะตอม มระดบพลงงานเปนชนๆ

31. ในหลอดผลตรงสเอกซ ถาใชความตางศกยเรงอเลกตรอน 10000 โวลต จงหาความ ยาวคลนทสนทสดของรงสเอกซนในหนวยเมตร

1. 4.1 x 10–9 2. 1.2 x 10–10 3. 8.0 x 109 4. 2.4 x 1018


20

32. ในการผลตรงสเอกซโดยใหอเลกตรอนหยด ทนทเมอชนเปาปรากฎวาไดรงสเอกซมความ ยาวคลน 0.124 นาโนเมตร จงหาความตางศกยทใชตอกบหลอดรงสเอกซ 1. 1000 โวลต 2. 2000 โวลต 3. 4990 โวลต 4. 9980 โวลต

33. ในหลอดผลตรงสเอกซ ถาใชความตางศกยเรงอเลกตรอน 20000 โวลต จงหาความถ ของรงสเอกซนในหนวยเฮรตซ 1. 2.42 x 1016 2. 4.83 x 1016 3. 2.42 x 1018 4. 4.83 x 1018

34(แนว มช) จงเลอกขอความทถกตอง 1. รงสเอกซเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความถสงมากและเปนสเปกตรมตอเนอง 2. รงสเอกซเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมสเปกตรมตอเนองซงคาความถสงสดขนกบชนด ของโลหะทใชท าเปา และยงมสเปกตรมเสนดวย 3. รงสเอกซเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมสเปกตรมเสนซงเกดจากการปลอยพลงงานของ อเลกตรอนของอะตอม เมออเลกตรอนนนเปลยนวงโคจรจากทมระดบพลงงานต า ไปสวงโคจรทมระดบพลงงานสงและยงมสเปกตรมตอเนองดวย 4. ไมมขอใดถก


21

19.3.6 ความไมสมบรณของทฤษฏอะตอมของโบร จากทฤษฏอะตอมของโบรนน เราสามารถใชอธบายปรากฏการณตางๆ เกยวกบอะตอม

ไดมากมาย เชน 1. อธบายถงการเกดสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน 2. อธบายถงการจดตวของอเลกตรอนในอะตอมของธาตไฮโดรเจน 3. อธบายถงคาพลงงานทท าใหอะตอมทมอเลกตรอนเพยงตวเดยวแตกตวเปนอออนได

แตทฤษฎของโบรไมสามารถอธบายหลายๆ สงหลายๆ อยางได เชน 1. การเกดสเปกตรมของอะตอมอนๆ ทไมใชไฮโดรเจน 2. การเกดสเปกตรมแยกออกเปนหลายๆ เสน เมออะตอมทอยในสนามแมเหลก 3. เหตผลทคาความเขมของแสงของเสนสเปกตรมแตละเสนมคาไมเทากน 4. ท าไม L = m v r = n h

19.4 ทวภาวะของคลนและอนภาค 19.4.1 ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก

เมอจดหลอดสญญากาศดงรป แลวใชแสง ตกกระทบใสขวแคโทด เมออเลกตรอนของอะ ตอมในขวแคโทดไดรบพลงงานแสงจ านวนมาก พอจะหลดออกจากขวแคโทดแลวเคลอนทพงเขา หาขวแอโนด แลวเกดกระแสไฟฟาไหลในวงจร ปรากฏการณนเรยกปรากฏการณโฟโตอเลกทรก (photoelectric effect ) ตวอเลกตรอนทหลดออกมาจากแคโทด เรยกโฟโตอเลกตรอน (photo electron)

ขอตองทราบเกยวกบปรากฏการณโฟโตอเลกทรก 1. ปกตแลวอเลกตรอนในอะตอม ของขวแคโทดจะถกนวเคลยสยดเหนยวไว ดวยพลงงานขนาดหนง เมอใหพลงงานแสง แกอเลกตรอนน พลงงานสวนหนงจะถก ใชสลายพลงงานยดเหนยวน พลงงานทใช ไปนเรยกฟงกชนงาน (Work function) แทนดวยสญลกษณ W ซงจะมขนาดเทากบพลงงาน


22

ยดเหนยวอเลกตรอนนนเอง แลวพลงงานสวนทเหลอกจะเปลยนเปนพลงงานจลนของอเลก ตรอนทเคลอนทออกไป จงไดวา Eแสง = W + Ek ของอเลกตรอน 2. หากเราใหแสงทมพลงงานนอยกวา พลงงานยดเหนยว (W) อเลกตรอนจะไม หลดออกมาจากแคโทด จะตองเพมความถ ( f ) แสงใหมากขนจนกระทงพลงงานแสง มคาอยางนอยเทากบพลงงานยดเหนยวอเลกตรอนจงจะหลดออกมาได ความถแสงตรงน เรยก ความถขดเรม ( fo) และความยาวคลนแสงตรงนเรยกความยาวคลนขดเรม (o) 3. หากตองการทดลองหาพลงงานจลน ของโฟโตอเลกตรอน ใหตอขวไฟฟาลบเขา กบแอโนด และขวไฟฟาบวกเขากบแคโทด ดงรป หากใชความตางศกยเหมาะสม เมอ อเลกตรอนอนมประจลบเขาใกลข วแอโนด ( ขวลบ ) จะเกดแรงตานท าใหอเลกตรอนหยดนงแลวเปลยนพลงงานจลนใหกลายเปนพลงงานศกย ไฟฟา ความตางศกยทใชหยดอเลกตรอนนเรยกความตางศกยหยดยง (Vo) เมออเลกตรอนหยดนงจะไดวา

Ek = Ep Ek = e Vo

เมอ Ek คอพลงงานจลนของอเลกตรอน ( จล ) e = 1.6 x 10–19 C ( คอประจอเลกตรอน 1 ตว ) Vo คอความตางศกยหยดย ง (โวลต )

4. พลงงานจลนของอเลกตรอน ( Ek ) จะแปรผนกบพลงงานแสง , ความถแสง และจะแปรผกผนกบพลงงานยดเหนยว (W)

5. พลงงานยดเหนยว (W) จงขนกบชนดของโลหะทน ามาใชเปนแคโทดและไมเกยวกบขนาดของโลหะขวแคโทดนน

6. จ านวนโฟโตอเลกตรอน จะแปรผนตรงกบความเขมแสง


23

35. โฟโตอเลกตรอน คออเลกตรอนชนดใด 1. อเลกตรอนทมประจมากกวาอเลกตรอนธรรมดา 2. อเลกตรอนทท า ปฏกรยากบฟลมถายรป 3. อเลกตรอนทหลดจากผวโลหะโดยการฉายแสง

4. อเลกตรอนทมประจเปนบวก

36. ความถขดเรม หรอความถตดขาดของแสงทใชในปรากฎการณโฟโตอเลกทรก คออะไร 1. ความถทท าใหโฟตอนมพลงงานเทากบพลงงานยดเหนยว 2. ความถแสงทพอด ท าใหอเลกตรอนหลดจากโลหะไดพอด 3. ความถแสงทท าใหโฟโตอเลกตรอนมพลงงานจลนเทากบศนย 4. ถกทกขอ

37. ขอความตอไปน เปนเทจ 1. เมอใชแสงความถสงขน (และสงกวาความถขดเรม) ตกกระทบแคโทด โฟโต- อเลกตรอนจะมพลงงานจลนมากขน 2. หากใชแสงทมความเขมสงตกกระทบแคโทด หากเกดโฟโตอเลกทรก จ านวน

โฟโตอเลกตรอนจะมมาก 3. หากเพมความเขมแสง โฟโตอเลกตรอนจะมพลงงานจลนสงขน 4. ฟงกชนงานจะขนกบชนดของโลหะทใชท าขวแคโทด

38(แนว มช) พลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนนน 1. ไมขนกบความเขมของแสงทมาตกกระทบ 2. ขนกบก าลงหนงของความเขมของแสงทมาตกกระทบ 3. ขนกบก าลงสองของความเขมของแสงทมาตกกระทบ 4. ขนกบรากทสองของความเขมของแสงทมาตกกระทบ


24

39. ในปรากฎการณโฟโตอเลกทรก เมอแสงทมความถสงกวาความถขดเรมตกกระทบผวโลหะ ถาเพมความเขมของแสงขนเปน 2 เทา พลงงานของโฟโตอเลกตรอนจะเปนเทาไร 1. พลงงาน และจ านวนอเลกตรอนเทาเดม 2. พลงงานเพมขนเปน 2 เทา และจ านวนอเลกตรอนเทาเดม 3. พลงงานเทาเดม แตจ านวนอเลกตรอนเพมเปน 2 เทา 4. พลงงานเทาเดม แตจ านวนอเลกตรอนเพมเปน 4 เทา

สมการทใชค านวณเกยวกบโฟโตอเลกทรกไดแก Eแสง = W + Vo และ efh = W + Vo และ e

Ch = W + Vo

เมอ Eแสง คอพลงงานแสง ( อเลกตรอนโวลต , eV ) W คอพลงงานยดเหนยว , ฟงกชนงาน (อเลกตรอนโวลต , eV ) Vo คอพลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอน (อเลกตรอนโวลต , eV ) Vo คอความตางศกยหยดย ง ( โวลต )

h = 6.6 x 10–34 J.s ( คาคงทของพลงค ) f คอความถแสง ( เฮรตซ ) e = 1.6 x 10–19 C ( คอประจอเลกตรอน 1 ตว ) C = 3 x 108 m/s ( คอความเรวคลนแมเหลกไฟฟา ) คอความยาวคลนแสง ( เมตร )

40(แนว En) โลหะแมกนเซยมมพลงงานยดเหนยวอเลกตรอน 3.79 อเลกตรอนโวลต ถกฉาย ดวยแสงอลตราไวโอเลตซงมความยาวคลน 300 นาโนเมตร โฟโตอเลกตรอนทหลดออกมา จะมพลงงานจลนมากทสดกอเลกตรอนโวลต


25

41. ไฮโดรเจนทสถานะพนฐาน (ground state) ดดกลนโฟตอนซงมพลงงาน 20 อเลกตรอน- โวลต แลวแตกตวเปนไอออน จะตองใหความตางศกยกโวลต เพอทจะท าใหอเลกตรอนท หลดออกมาหยดนงได 1. 0 2. 6.4 3. 13.6 4. 20.0

42. ก าหนดใหคาพลงงานยดเหนยวของแผนทองแดงเทากบ 4.2 อเลกตรอนโวลต ตองฉาย แสงทมความยาวคลนกนาโนเมตร จงเกดปรากฏการณโฟโตอเลกทรก

43. เมอฉายแสงอตราไวโอเลตความยาวคลน 250 นาโนเมตร ลงบนผวแมกนเซยม ปรากฏ วาตองใชศกยหยดย ง 0.6 โวลต จงหาความถขดเรมของแมกนเซยม 1. 1.05 x 1014 Hz 2. 2.10 x 1014 Hz

3. 1.05 x 1015 Hz 4. 2.10 x 1015 Hz


26

44(แนว En) ในการศกษาปรากฏการณโฟโตอเลก ทรกของโลหะชนดหนง ไดกราฟความสมพนธ ระหวางพลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอน กบความถของคลนแมเหลกไฟฟา ทตกกระทบผว โลหะดงรป ถาใหคลนแมเหลกไฟฟาความถ 6 x 1014 เฮรตซ ตกกระทบผวโลหะน จะตอง ใชความตางศกยหยดย งเทาใด

1. 0.42 V 2. 0.83 V 3. 1.65 V 4. 2.50 V 45(แนว En) วตถ A มคาพลงงานยดเหนยว 3.3 อเลกตรอนโวลต วตถ B มคาความถขดเรม เปน 4 x 1014 เฮรตซ แสงความถเดยวกนตกกระทบผววตถ A และ B จะท าใหโฟโต อเลกตรอนจากวตถ A มพลงงานจลนสงสดเทากบ 1.2 อเลกตรอนโวลต อยากทราบวา พลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอน จากวตถ B จะเปนกอเลกตรอนโวลต

2 4 6 f (x1014 Hz) 0

Ekสงสด


27

19.4.2 โฟตอน จากเรองโฟโตอเลกทรกเราจะพบวาหากใชแสงทม ความถต า มพลงงานนอยกวาพลงงานยดเหนยวตกกระทบ แคโทด อเลกตรอนจะไมหลดออกมาจากแคโทดแมจะ เพมความเขมแสงใหมากขนกตาม เพราะการเพมความ เขมแสงไมไดท าใหพลงงานแสงเพมขนตาม ความเปน จรงตรงนจะขดแยงกบทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟา เพราะ หากแสงเปนคลนแมเหลกไฟฟา เมอความเขมแสงมากขนความเขม สนามแมเหลกกบสนามไฟฟาในคลนทจะมความเขมมากขนดวย ซงจะท าใหพลงงานแสงมมากขนตาม เมอแสงนตกกระทบแคโทดควรท าใหอเลกตรอนหลดออกจากแคโทดได แตในการทดลองจรงไมไดเปนเชนนน ดงนนความเชอทวาแสงเปนคลนแมเหลกไฟฟาจงไมสมบรณ ไอนสไตน (Albert Einstein) ไดเสนอแนวความคดวา 1. แสงมลกษณะเปนกลมกอนของพลงงานทเรยก วา ควอนตมของพลงงาน หรอโฟตอน (photon) 2. โฟตอน 1 ตว จะมพลงงานเทากบ h f หรอ

Ch

ดงนน โฟตอน n ตวจะม พลงงานแสง = n (h f ) = n (

Ch ) (หนวยเปนจล)

3. เมอโฟตอนพงชนอเลกตรอนจะชนกนแบบหนงตอหนง และโฟตอนจะถายทอดพลงงานทงหมดแกอเลกตรอน ดงนนหากโฟตอนมความถต า พลงงานนอย กจะไมสามารถท าใหอเลกตรอนหลดออกมาได การเพมความเขมแสง ( เพมจ านวนโฟตอน ) ใหมากขนโดยไมเพมความถแสง พลงงานแสงแตละโฟตอนจะไมเพมขน จงไมท าใหอเลกตรอนหลดออกมาได ซงจะสอดคลองกบการทดลองโฟโตอเลกทรกนนเอง


28

46. นยนตาของมนษยสามารถรบคลนแมเหลกไฟฟาพลงงาน 10–18 จลได ถาคลนแมเหลก ไฟฟาทพลงงานนมความยาวคลน 6 x 10–7 เมตร โฟตอนทรบไดมจ านวนเทาใด

( ก าหนด คานจของพลงค = 6.6 x 10–34 J.s ) 1. 1 โฟตอน 2. 2 โฟตอน 3. 3 โฟตอน 4. 4 โฟตอน

47. ตาสามารถรบรแสงสเหลองความยาวคลน 550 นาโนเมตร และมความเขมต าสด ประมาณ 10 วตต จ านวนโฟตอนทกระทบตาใน 1 วนาท มคาเทาไร 1. 2.8 x 1019 2. 3.2 x 1019 3. 3.6 x 1019 4. 4.2 x 1019

48(แนว En) ผานแสงความยาวคลน 0.66 ไมโครเมตร จ านวน 2 x 1022 โฟตอน เขาไปใน น ามวล 1

7 กโลกรม ถาสมมตวาน าดดกลนพลงงานจากแสงไวได 50 % จงหาอณหภม ของน าทเปลยน ( ให ความจความรอนจ าเพาะของน า = 4.2 กโลจล / กโลกรม.เคลวน ) 1. 3oC 2. 4oC 3. 5oC 4. 10oC


29

19.4.3 ปรากฏการณคอมตน คอมปตน (Arthur H. Compton) และดบาย (Peter Debye) ท าการทดลองฉายรงสเอกซ ไปทแทงกราไฟต ปรากฏวามอเลกตรอนและ รงสเอกซกระเจงออกมาดงรป และจะพบวา ความยาวคลน และพลงงานของรงสเอกซท กระเจงออกมา จะแปรผนตามมมทกระเจงซง เปนไปตามกฎอนรกษพลงงานและกฎอนรกษ โมเมนตม แสดงวาการชนระหวางโฟตอน ของรงสเอกซกบอเลกตรอนในแทงกราไฟตเปนการชนกนของอนภาค การทดลองของคอมปตนน สนบสนนแนวคดของไอนสไตลทวา คลนแมเหลกไฟฟา สามารถประพฤตตวเปนอนภาคได

19.4.4 สมมตฐานของเดอบรอยล เดอ บรอยล ไดเสนอสมการวา P = m C ( แทนคา m = 2C

E )

P = 2CE C

P = CE ( แทนคา E =

λCh )

P = 2C C Ch

P = λ h

สมการนแสดงวา โมเมนตมของโฟตอนขนอยกบ ความยาวคลนของโฟตอน และจาก = Ph ( แทนคา P = m v )

จะได = m vh และ = k2mE

h

สมการนแสดงวา “ อนภาคทมมวล m เคลอนทดวยความเรว v สามารถแสดงสมบต เปนคลนซงมความยาวเทากบ ได ” ตรงนเรยก สมมตฐานของเดอบรอยล และ นเรยก ความยาวคลนของเดอบรอยล (De Broglic wavelength) จากทกลาวมาจะเหนวา คลนแสดงสมบตของอนภาคได และอนภาคกแสดงสมบตของ คลนได สมบตดงกลาวนเรยกวาทวภาพของคลนและอนภาค (duality of wave and particle)


30

เดอบรอยส ใชทฤษฎของเขาอธบายสมมตฐานของโบรทวา อเลกตรอนทวงวนรอบ นวเคลยสโดยไมแผคลนแมเหลกไฟฟาจะมโมเมนตมเชงมม m v r เทากบ n h โดยโบรไมสามารถพสจนไดวาท าไมถงเปนเชนนน แตเดอบรอยล อธบายวาการทอเลกตรอนในอะตอมไมมการแผคลนแมเหลกไฟฟากเนองจาก “อเลกตรอนทวงวนรอบนวเคลยสจะแสดง สมบตของคลนนง ซงเปนไปได เมอความยาวของเสนรอบวงมคาเปนจ านวนเทาของความยาว คลนของอเลกตรอน” นนคอ 2 r = n ดงนน 2 r = n mvh

หรอ mvr = n 2h จะไดวา mvr = n h

ซงจะเหนไดวาตรงกบสมมตฐานขอหนงของโบร ยอมแสดงวาทฤษฎทวภาพของคลนและอนภาคของ เดอบรอยส เปนจรง

49. รถยนตคนหนงมมวล 1000 กโลกรม แลนดวยความเรว 72 กโลเมตรตอชวโมง ถาคด วารถยนตคนนเปนคลนจะมความยาวคลนเดอ บรอยลกเมตร 1. 0.92 x 10–38 2. 3.3 x 10–38 3. 0.33 x 10–38 4. 1.1 x 10–38 50. จงหาความยาวคลนของอเลกตรอนซงเคลอนทดวยพลงงานจลน 5 อเลกตรอนโวลต 1. 0.55 nm 2. 0.85 nm 3. 0.95 nm 4. 1.10 nm

51(แนว En) อนภาคมวล m มพลงงานจลนเพมขนเปน 4 เทาของพลงงานจลนเดม ความยาว คลนเดอ บรอยลของอนภาคนในครงหลงจะเปนกเทาของความยาวคลนเดอบรอยลครงแรก 1. 21 เทา 2. 2 เทา 3. 4 เทา 4. 8 เทา


31

52. จากทฤษฎของเดอ บรอยล เสนรอบวงของวงโคจรของอเลกตรอนรอบนวเคลยสมคาเทาไร 1. คานจของพลงคหารดวยความยาวคลนของอเลกตรอน 2. คานจของพลงคคณดวยเลขจ านวนเตมหารดวย 2 3. ความยาวคลนของอเลกตรอนคณดวยเลขจ านวนเตม

4. ความยาวคลนของอเลกตรอนหารดวยความเรวของแสง

19.5 กลศาสตรควอนตม

กลศาสตรควอนตมจะบอกถงความนาจะเปนในการพบอนภาคในรปของกลมคลน ณ ต าแหนงและเวลาหนงๆ ซงจะแตกตางจากกลศาสตรของนวตนซงจะบอกอยางแนชดถงการพบอนภาค ณ ต าแหนงและเวลาหนงๆ

กลศาสตรควอนตมสามารถอธบายอะตอมไดดกวาทฤษฏอะตอมของโบร และเปนท ยอมรบมาถงปจจบน

19.5.1 หลกความไมแนนอน เนองจากอเลกตรอนจะเคลอนทตลอดเวลา จงท าใหเราไมสามารถวดต าแหนงทแนนอน ของทอยของอเลกตรอนได และหากท าใหอเลกตรอนหยดนงกอาจท าใหสามารถวดต าแหนง ไดแมนย ามากขน แตกจะไมสามารถวดคาความเรวและโมเมนตมทแมนย าได ไฮเซนเบรกจงกลาววา เราไมสามารถวดต าแหนงและโมเมนตมของอเลกตรอนใหไดคาทแมนย าพรอมกน และความไมแนนอนของการวดต าแหนงกบความไมแนนอนของโมเมนตม จะสมพนธกนดงสมการ ( x ) ( p ) > h เมอ x คอความไมแนนอนของต าแหนง p คอความไมแนนอนของโมเมนตม = m v

h = π 2h

53. อนภาคแอลฟาเคลอนทดวยความเรว 6.0 x 106 เมตร/วนาท ถาความไมแนนอนของ การ วดความเรวเปน 0.5 x 106 เมตร/วนาท ความไมแนนอนของ ต าแหนงอนภาคแอลฟาเปน กเมตร ก าหนดใหมวลอนภาคแอลฟามคา 6.7 x 10–27 กโลกรม 1. 3.1 x 10–14 2. 6.2 x 10–14 3. 3.1 x 10–15 4. 6.2 x 10–15


32

19.5.2 โครงสรางอะตอมตามแนวคดกลศาสตรควอนตม ตามหลกความไมแนนอน เราไมสามารถระบไดวาอเลกตรอนทเคลอนทรอบนวเคลยสของอะตอมนนอยทใดไดชดเจน หรอเคลอนทในลกษณะใด เราบอกไดแตเพยงโอกาศทจะพบอเลกตรอน ณ ทตางๆ วาเปนเทาใดเทานน เราจงสรางแบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก โดยใชกลมหมอกแทนบรเวณทมโอกาศพบอเลกตรอนนนดงรป


33

ตะลยโจทยท วไปฟสกส บทท 19 ฟสกสอะตอม

19.1 อะตอมและการคนพบอเลกตรอน

19.1.1 รงสแคโทด

1. ท าไมหลอดรงสแคโทดจงตองจดใหเปนหลอดสญญากาศหรอเกอบเปนสญญากาศ 1. เพอลดความดนของอากาศในหลอด 2. เพอใหสนามไฟฟาระหวางขวหลอดคงท 3. เพอชวยลดความรอนใหกบขวของหลอด

4. ปองกนไมใหรงสแคโทดชนกบโมเลกลของอากาศซงจะท าใหเกดรงสไดนอย

19.1.2 การทดลองของทอมสน

2. ถาใชสนามแมเหลกซงมความเขม 3 x 10–3 เทสลา และสนามไฟฟาในทศตงฉากกบสนาม แมเหลกซงเกดจากการตอแผนโลหะขนานกนสองแผนซงมระยะหางกน 1 เซนตเมตร เขา กบความตางศกยไฟฟา 600 โวลต เมอยงอนภาครงสแคโทดเขาไปในสนามทงสอง รงส สามารถเคลอนทไดในแนวเสนตรง ความเรวของอนภาคดงกลาวนจะมคาเทากบขอใด

1. 0.5 x 107 เมตร/วนาท 2. 1.0 x 107 เมตร/วนาท 3. 1.5 x 107 เมตร/วนาท 4. 2.0 x 107 เมตร/วนาท

3. ล าอเลกตรอนมอตราเรว 2.0 x 107 เมตรตอวนาท เคลอนทในทศทางตงฉากกบสนามแมเหลก ขนาด 3.0 x 10–3 เทสลา ท าใหล าอเลกตรอนเคลอนท ในแนวโคงดงรป จงหาขนาดของสนามไฟฟาท

จะท าใหอเลกตรอนเคลอนทตรงไปโดยไมเบน 1. 2 x 104 นวตน/คลอมบ 2. 4 x 104 นวตน/คลอมบ 3. 6 x 104 นวตน/คลอมบ 4. 8 x 104 นวตน/คลอมบ

4(แนว En) จะตองใหความตางศกยไฟฟากโวลต เพอจะท าใหเกดสนามไฟฟาทสามารถเรง อเลกตรอนจากหยดนงใหมความเรว 0.4 x 107 เมตรตอวนาท ให ประจอเลกตรอน = 1.6 x 10–19 คลอมบ , มวลอเลกตรอน = 9.1 x 10–31 กโลกรม


34

5. หลอดไดโอดตอเขากบความตางศกย 360 โวลต อเลกตรอนทหลดจากแคโทดจะวงถง แอโนดดวยอตราเรวกเมตร/วนาท 1. 1.13 x 106 2. 2.26 x 106 3. 1.13 x 107 4. 2.26 x 107

6. จงหาความเรวอเลกตรอนทวงจากหยดนงผานความตางศกยไฟฟา 1500 โวลต ใหประจอเลกตรอน = 1.6 x 10–19 คลอมบ , มวลอเลกตรอน = 9.1 x 10–31 กโลกรม 1. 2.3 x 107 m/s 2. 2.3 x 106 m/s 3. 2.3 x 105 m/s 4. 2.3 x 103 m/s

7. จงหาความเรวของอเลกตรอน เมอพงผานสนามไฟฟาเขม 34 x 104 โวลตตอเมตร และ สนามแมเหลกม ความเขม 2 x 10–3 เทสลา แลวล าอเลกตรอนยงคงแนวเดมไว ก าหนด ใหแรงกระท าซงเกดจากสนามไฟฟา และสนามแมเหลกอยในทศตรงกนขาม จงหาความ เรวของอเลกตรอนในหนวยเมตรตอวนาท

ก าหนด mq ของอเลกตรอน = 1.76 x 1011 คลอมบตอกโลกรม

1. 1.3 x 108 2. 1.5 x 108 3. 1.7 x 108 4. 2.5 x 108

8. จากขอทผานมา จงหารศมความโคงการเคลอนทของอเลกตรอนในหนวยเมตร เมอ อเลกตรอนวงตด สนามไฟฟาออกไปสสนามแมเหลก 1. 0.250 2. 0.483 3. 0.628 4. 0.821 9. ในการทดลองหลอดตาแมว พบวาความเรวของอนภาครงสแคโทดมคาเทากบ 9 x 107 เมตรตอวนาท เมอน าขดลวดโซลนอยด ทท าใหเกดสนามแมเหลกเทากบ 0.1 เทสลา ครอบลงบนหลอดตาแมว รงสแคโทดจะวงเปนเสนโคงดวยรศมเทากบกเซนตเมตร ( คา q / m ของอนภาครงสแคโทด 1.8 x 1011 คลอมบ/กโลกรม ) 1. 0.05 2. 0.5 3. 2.5 4. 5.0 10. ถาสงเกตเหนวารศมความโคงของทางวงของอเลกตรอนทมประจ e มวล m ในสนาม แมเหลก B ในหลอดตาแมววามคาเปน R แสดงวาอเลกตรอนนนวงดวยอตราเรวเทาไร

1. Rm B e 2. Bm R e 3. 2R 2Bm e 4. mR B e


35

11. จงหาคาประจตอมวลของอเลกตรอนตามวธทอมสนอเลกตรอนวงผานแผนโลหะคขนานท หางกน 1 เซนตเมตร แลวตอกบความตางศกย 350 โวลต เพอจะใหอเลกตรอนวงเปน เสนตรงตองเสรมดวยสนามแมเหลก 0.01 เทสลา ตงฉากกบสนามไฟฟา เมอน า สนามไฟฟาออกอเลกตรอนจะวงเปนเสนโคงของวงกลมดวยรศม 0.2 เซนตเมตร

1. 1.52 x 1011 C / kg 2. 1.64 x 1011 C / kg 3. 1.75 x 1011 C / kg 4. 1.93 x 1011 C / kg

12. ในการทดลองวดอตราสวนประจตอมวล (q/m) ของอนภาครงสแคโทด โดยวธของทอมสน พบวาเมอใชสนามแมเหลกซงมความเขม B รงสแคโทดจะเบยงเบนไปเปนทางโคง ซงม รศม R ตอมาเมอใสสนามไฟฟาเขาไปโดยท าใหเกดความตางศกย V ระหวางแผนโลหะ 2 แผน ซงวางหางกนเปนระยะ d รงสแคโทดจะเดนทางเปนเสนตรงโดยไมเกดการเบยง เบน อตราสวนประจตอมวลของอนภาครงสแคโทดจะมคาเทาใด

1. R Bd V 2.

R 2Bd V 3. VR Bd 4. V R 2Bd

13. ถาปรบความตางศกยระหวางขวของหลอดรงสแคโทดใหเพมมากขนจะมผลตามขอใด ก. จ านวนอนภาคในล ารงสแคโทดจะเพมมากขน ข. อนภาคจะเคลอนทดวยความเรวมากขน ค. ความเขมของการสองสวางบรเวณขวบวกมากขน ค าตอบคอ 1. ขอ ก. , ข. , ค. 2. ขอ ก. , ข. 3. ขอ ข. , ค. 4. ขอ ข. เทานน

19.1.3 การทดลองของมลลแกน

14. ในการทดลองของมลลแกน เมอใชสนามไฟฟามทศดงลงขนาด 1.96 x 104 นวตนตอค- ลอมบ จะท าใหหยดน ามนมวล 3.2 x 10–15 กโลกรม หยดนงได จงค านวณวาหยดน ามน นไดรบเขาไปอเลกตรอนกตว 1. 10 2. 15 3. 20 4. 40


36

15. หยดน ามน 4.8 x 10–14 นวตน ลอยนงอยในสนามไฟฟาในทศลง ระหวางแผนโลหะ ขนานซงหางกน 1 เซนตเมตร เมอตอแผนโลหะเขากบความตางศกย 500 โวลต อยาก ทราบวาหยดน ามนมอเลกตรอนอยกอนภาค

16. การทดลองหยดน ามนของมลลแกน พบวาถาตองการใหหยดน ามนซงมมวล m และอเลก– ตรอนเกาะตดอย n ตว ลอยนงอยระหวางแผนโลหะ 2 แผน ซงวางขนานหางกน เปนระยะ ทาง d และมความตางศกย V ประจของอเลกตรอนทค านวณไดในการทดลองนมคาเทาใด

1. nVmgd 2. nd

mgV 3. Vnmgd 4. d

nmgV

17. หยดน ามนมความหนาแนน 400 กโลกรม/เมตร3 มปรมาตร 2.5 x 10–12 เมตร3 ลอย นงอยในสนามไฟฟาขนาดสม าเสมอ 4 x 105 นวตน/คลอมบ จงหาขนาดประจบนหยด น ามนในหนวยคลอมบ 1. 2.5 x 10–14 2. 5.0 x 10–14 3. 2.5 x 10–15 4. 5.0 x 10–15

18. ในการทดลองเรองหยดน ามนของมลลแกน ถาหยดน ามนมมวล 6.4 x 10–15 กโลกรม และไดรบอเลกตรอนเพม 5 ตว เคลอนทลงดวยความเรง 5 เมตร/วนาท2 ถาระยะหาง ระหวางแผนโลหะเทากบ 1 เซนตเมตร ความตางศกยระหวางแผนโลหะทงสองมคาก โวลต ก าหนดใหประจไฟฟาของอเลกตรอนเทากบ –1.6 x 10–19 คลอมบ

19. ในการทดลองหยดน ามนของมลลแกนนนพบวา เมอเพมคาความตางศกยจนถงคาสงสดของ เครองมอแลวไมสามารถท าใหหยดน ามนหยดนงหรอเคลอนทในทศตรงขามกบเมอยงไมให คาความตางศกยแสดงวา 1. หยดน ามนมมวลมากเกนไป 2. หยดน ามนมประจชนดหนงท าใหแรง เนองจากสนามไฟฟามทศทางเดยวกบแรงโนม ถวงโลก 3. สนามไฟฟามคานอยเกนไป

4. ถกทกขอ


37

20. ประจของหยดน ามนแตละหยดทมลลแกนหาได จะมคาดงน ยกเวนขอใดทเปนไปไมได 1 12.8 x 10–19 C 2. 11.2 x 10–19 C 3. 9.6 x 10–19 C 4. 1.44 x 10–19 C

19.2 แบบจ าลองอะตอม 19.2.1 แบบจ าลองอะตอมของทอมสน

21. ตอไปน ขอใดเปนแบบจ าลองอะตอมของดอลตนและทอมสน ตามล าดบ

( ก ) ( ข ) ( ค ) ( ง ) 1. ( ก ) , ( ข ) 2. ( ก ) , ( ค ) 3. ( ก ) , ( ง ) 4. ( ข ) , ( ค ) 22. ตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสน ขอใดกลาวถกตอง 1. อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม โดยเนอของทรงกลมเปนประจบวกกระจายอยาง สม าเสมอและมอเลกตรอนฝงอยในเนอทรงกลม 2. ปรมาณประจบวกและปรมาณประจลบมจ านวนเทากน 3. ในสภาพปกตอะตอมเปนกลางทางไฟฟา 4. ถกทกขอ

19.2.2 แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

23. ตามแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด ขอใดกลาวถกตอง 1. อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม มนวเคลยสอยทจดศนยกลางมอเลกตรอนเคลอนอย

รอบๆ นวเคลยส 2. ภายในนวเคลยสจะมอนภาคทมประจไฟฟาบวกรวมกนอย

3. เนอทสวนใหญภายในอะตอมเปนทวางเปลา 4. ถกทกขอ

+ +

e

e

+ + – – – + + +

– –


38

24. ในการทดลองยงอนภาคแอลฟาผานแผนทองค าบางๆ ของรทเทอรฟอรด ขอใดทแสดงวา นวเคลยสของอะตอมมขนาดเลกและมประจบวกทงหมดรวมกนอย 1. อนภาคแอลฟาสวนใหญผานไปตรงๆ 2. อนภาคแอลฟาบางตวเบนไปถง 90 องศา หรอมากกวา 3. จ านวนอนภาคแอลฟาทเบนเปนมมโตมไมนอย 4. จ านวนอนภาคทยอนกลบมมาก

25. อนภาคแอลฟาจะตองถกเรงดวยความตางศกยกโวลต เมอวงตรงไปยงนวเคลยสของ ทองค า (79Au ) ไดมากทสด 7.9 x 10–15 เมตร 1. 0.72 x 107 2. 1.44 x 107 3. 0.72 x 108 4. 1.44 x 108

19.3 ทฤษฏอะตอมของโบร 19.3.1 แบบจ าลองอะตอมของโบร

26. ตามทฤษฎอะตอมของไฮโดรเจนของโบรมอเลกตรอนวงรอบนวเคลยสเพอ 1. ปลอยโฟตอน 2. เพอสะสมพลงงาน

3. เพอไมใหถกดดไปตดนวเคลยส 4. เพอไมใหถกนวเคลยสผลกออกไป

19.3.2 ระดบพลงงานของะตอม

19.3.3 สเปกตรมของอะตอม

27. สภาวะทอเลกตรอนอยในระดบพลงงานต าสด เรยกวาสภาวะใด 1. สภาวะพน 2. สภาวะถกกระตน 3. สภาวะปกต 4. สภาวะเรมตน

28. สภาวะทอเลกตรอนอยในระดบพลงงานทสงกวาปกต เรยกวาสภาวะใด 1. สภาวะพน 2. สภาวะถกกระตน 3. สภาวะปกต 4. สภาวะเรมตน

29. การเคลอนทของอเลกตรอนจากระดบพลงงานต าไประดบพลงงานสงเปนกระบวนการดด พลงงานหรอคายพลงงาน 1. ดดพลงงาน 2. คายพลงงาน 3. ดดพลงงานกอนแลวจงคายพลงงาน 4. คายพลงงานกอนแลวจงดด


39

30. การเคลอนทของอเลกตรอนจากระดบพลงงานสงลงมาระดบพลงงานต าเปนกระบวนการ ดดพลงงานหรอคายพลงงาน 1. ดดพลงงาน 2. คายพลงงาน 3. ดดพลงงานกอนแลวจงคายพลงงาน 4. คายพลงงานกอนแลวจงดด 31. อนกรมของเสนสเปกตรมชดแบรกเกตใหพลงงานในระดบรงสใด 1. อลตราไวโอเลต 2. อนฟาเรด

3. รงสเอกซ 4. แสงทตาสมผสได 32. สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนชดใดมความถอยในชวงของแสง 1. ชดไลมาน 2. ชดบลเมอร

3. ชดพาสเซน 4. ชดฟรนด

33. เมออเลกตรอนของไฮโดรเจนเปลยนระดบพลงงาน n = 5 เปนระดบพลงงาน n = 2 จะ ใหแสงสน าเงน ถาอเลกตรอนเปลยนพลงงานจาก n = 6 ไปยง n = 2 จะไดแสงสใด

1. มวง 2. เขยว 3. เหลอง 4. แดง 34. การเปลยนสถานะตอไปนของอะตอมไฮโดรเจน ขอใดจะปลอยโฟตอนทมพลงงานสงกวา 1. n = 1 ไป n = 2 2. n = 2 ไป n = 1 3. n = 2 ไป n = 6 4. n = 6 ไป n = 2 35. การเปลยนสถานะตอไปนของอะตอมไฮโดรเจน ขอใดจะดดโฟตอนทมพลงงานสงกวา 1. n = 1 ไป n = 2 2. n = 2 ไป n = 1 3. n = 2 ไป n = 6 4. n = 6 ไป n = 2 36. ในการกระตนใหอะตอมไฮโดรเจนทระดบพลงงานต าสด ( –13.6 eV ) ไปอยทระดบ พลงงานกระตนท 3 ตองใหโฟตอนทมพลงงานเทาไร 1. 0.85 eV 2. 1.51 eV 3. 12.09 eV 4. 12.75 eV

37(แนว En) ตามทฤษฎอะตอมของโบร ระดบพลงงานของอะตอมไฮโดรเจนต าสดเทากบ –13.6 อเลกตรอนโวลต ถาอะตอมไฮโดรเจนถกกระตนไปอยทระดบพลงงานสงขนและ กลบสสถานะพนทมพลงงานต าสด โดยการปลอยโฟตอนออกมาดวยพลงงาน 12.09 อเลกตรอนโวลต แสดงวาอะตอมไฮโดรเจนถกกระตนไปทระดบพลงงานท n เทากบ เทาใด 1. 2 2. 3 3. 4 4. 5


40

38(แนว En) พลงงานต าสดของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนคอ –13.6 อเลกตรอนโวลต ถา อเลกตรอนเปลยนสถานะจาก n = 3 ไปส n = 1 จะใหแสงทมพลงงานควอนตมเทาใด 1. 1.51 eV 2. 1.89 eV 3. 3.40 eV 4. 12.09 eV

39(แนว En) จากขอทผานมา พลงงานทคายออกมาจะมความยาวชวงคลนกนาโนเมตร 1. 102.4 2. 256.5 3. 525.5 4. 672.0

40(แนว En) จากขอทผานมา พลงงานทคายออกมาจะมความถประมาณกเฮรตซ 1. 2.93 x 1014 2. 5.86 x 1014 3. 2.93 x 1015 4. 5.86 x 1015

41(แนว En) อเลกตรอนอะตอมธาตหนงเปลยนสถานะจากชน 5 ซงมระดบพลงงาน 20.66 อเลกตรอนโวลต ลงมายงชน 3 พรอมๆ กบคายโฟตอนทม ความยาวคลน 632.8 นาโน เมตร ระดบพลงงานของอะตอมนในชน 3 มคาประมาณเทาไร 1. 15.8 eV 2. 16.6 eV 3. 17.6 eV 4. 18.7 eV

42(แนว En) อะตอมไฮโดรเจน เมอเปลยนระดบพลงงานจากสถานะ n = 3 สสถานะพน จะให โฟตอนมพลงงาน 12.09 อเลกตรอนโวลต และเมอเปลยนสถานะจาก n = 2 สสถานะพน จะใหโฟตอนพลงงาน 10.21 อเลกตรอนโวลต ถาตองการกระตนใหอะตอมไฮโดรเจน

เปลยนระดบพลงงานจากสถานะ n = 2 ไปยงสถานะ n = 3 จะตองใชแสงความถเทาใด 1. 4.5 x 1014 Hz 2. 5.4 x 1014 Hz

3. 3.0 x 1015 Hz 4. 5.4 x 1015 Hz

43. ถาอะตอมเปลยนระดบพลงงานเดมจาก E4 มายง E2 จะปลดปลอยโฟตอนทมความยาว ชวงคลนประมาณเทากบกนาโนเมตร 1. 243.1 2. 256.4 3. 486.2 4. 512.8 44(แนว En) อะตอมไฮโดรเจนเปลยนระดบพลงงานจาก n = 2 ไป n = 1 ความยาวคลน ของ แสงทปลอยออกมาเปนกเทาของในกรณทเปลยนระดบพลงงานจาก n = 3 ถง n = 2 1. 27

5 เทา 2. 163 เทา 3. 8

3 เทา 4. 85 เทา

45. ในการเคลอนยายอเลกตรอนของอะตอมของไฮโดรเจนจากวงโคจรท 4 ลงสวงโคจรท ต ากวาสเปกตรมเสนทมความยาวคลนสนทสดจะมความยาวคลนกนาโนเมตร 1. 97.2 2. 110.8 3. 256.3 4. 400.0


41

46. อเลกตรอนตวหนงถกเรงดวยความตางศกย 13.2 โวลต เขาชนกบอะตอมไฮโดรเจนทอย ในสถานะพน การชนครงนจะสามารถท าใหอะตอมไฮโดรเจนอยในระดบพลงงานสงสดใน ระดบ n เทาใด ( พลงงานสถานะพนของไฮโดรเจน = –13.6 eV ) 1. n = 7 2. n = 6 3. n = 5 4. n = 4

47. ในชวงระดบพลงงานต าสดสามระดบแรกของอะตอมไฮโดรเจน คลนแมเหลกไฟฟาทตรวจ พบจะอยในชดความถทเรยกวา 1. ชดไลมาน และ ชดบลเมอร 3. ชดไลมาน และชดพาสเซน 3. ชดบลเมอร และชดพาสเซน 4. ชดไลมาน ชดบลเมอร และชดพาสเซน

48. ในการทดลองของฟรงคและเฮรตซ ถาเราใช หลอดทดลองทบรรจไฮโดรเจนแทนหลอด ทบรรจไอปรอท จะตองใหพลงงานแกอเลกตรอนนอยทสดเทาใด จงจะรบพลงงานนน ( ใหระดบพลงงานในหนวย eV ของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนเรยงจากวงในสดเปน –13.59 , –3.40 , –1.51 , .... 0 ตามล าดบ )

19.3.4 การทดลองของฟรงกและเฮรตซ

19.3.5 รงสเอกซ

49. อเลกตรอนถกเรงในหลอดโทรทศนดวยความตางศกยประมาณ 10,000 โวลต เมออเลก- ตรอนกระทบจอโทรทศนคลนแมเหลกไฟฟาทแผมาจากจอโทรทศนมความยาวคลนไดสน สดคอ ( หนวยเมตร )

1. 4.1 x 10–9 2. 1.2 x 10–10 3. 8.0 x 109 4. 2.4 x 1018

50. ในหลอดผลตรงสเอกซ ถาใชความตางศกยเรงอเลกตรอน 10000 โวลต จงหาความถ ของรงสเอกซนในหนวยเฮรตซ 1. 2.42 x 1016 2. 4.83 x 1016 3. 2.42 x 1018 4. 4.83 x 1018

51. เมอตอหลอดรงสเอกซเขากบความตางศกย 20 กโลโวลต จงหาความเรวของอเลกตรอน ตวทเรวทสดทมาถงแอโนด (เปา) ถาอเลกตรอนเรมตนดวยความเรวเปนศนย 1. 4.22 x 107 m/s 2. 8.43 x 107 m/s

3. 4.22 x 108 m/s 4. 8.43 x 108 m/s


42

52. จากขอทผานมา จงหาความยาวคลนนอยทสดในสเปกตรมของรงสเอกซ 1. 30.95 nm 2. 61.90 nm 3. 30.95 pm 4. 61.90 pm

19.3.6 ความไมสมบรณของทฤษฏอะตอมของโบร

19.4 ทวภาวะของคลนและอนภาค

19.4.1 ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก

53. ฟงกชนงาน ( work function ) ของโลหะคอ 1. พลงงานยดเกาะระหวางอะตอม 2. พลงงานทโฟตอนใหกบโลหะ 3. พลงงานสงสดของโฟโตอเลกตรอน 4. พลงงานระหวางอะตอมกบอเลกตรอน

54. พลงงานยดเหนยวของโลหะจะมคามากหรอนอยขนอยกบ 1. ขนาดของโลหะ 2. ชนดของโลหะ 3. ความถของแสงทใช 4. ความเขมของแสงทใช

55. พลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนมคาตามขอใด 1. เทากบพลงงานของโฟตอนทใหกบโลหะ

2. เทากบพลงงานยดเหนยวของโลหะนน 3. เทากบผลตางพลงงานของโฟตอนกบพลงงานยดเหนยว 4. เทากบผลบวกพลงงานของโฟตอนและพลงงานยดเหนยว 56. ผลทไดจากการศกษาปรากฎการณโฟโตอเลกตรก สรปไดดงน ก. โฟโตอเลกตรอนเกดขนเมอแสงทตกกระทบมความถสงกวาความถขดเรม ข. ถาแสงทมความถสงกวาความถขดเรมจ านวนโฟโตอเลกตรอนจะเปนสดสวนโดยตรง กบความเขมแสง ค. พลงงานสงสดของอเลกตรอน เพมขนเปนสดสวนกบความถทเพม ง. พลงงานสงสดของอเลกตรอนยอมเทากบผลบวกของพลงงานโฟตอนกบพลงงานยด เหนยว

1. ขอ ก. , ข. 2. ขอ ก. , ค. 3. ขอ ก. , ข. , ค. 4. ถกทกขอ


43

57. ในการทดลองโฟโตอเลกตรกเมอความถของแสงทฉายเพมขนผลทเกดขน ตอไปนขอใดผด 1. ความตางศกยหยดย งเพมขน 2. อเลกตรอนทหลดออกมามพลงงานเพมขน

3. จ านวนอเลกตรอนทหลดมคาเทาเดม 4. ความถขดเรมเพมขน

58. พจารณาขอความตอไปน ขอใดเปนจรง 1. โลหะชนดเดยวกน ขนาดไมเทากน จะมพลงงานยดเหนยวเทากน 2. สามารถเพมจ านวนโฟโตอเลกตรอนไดโดยเพมความเขมแสงซงมความถมากกวา ความถขดเรม

3. โลหะชนดเดยวกนท าใหความตางศกยหยดย งแตกตางกนได ทงนขนอยกบความถ ของแสงทใช 4. เปนจรงทกขอ

59. จงหาความยาวคลนทยาวทสดในอนกรมไลแมน เมอก าหนดให k เปนคานจของรดเบรก 1. k

1 2. k 3. 43k 4. 3k

4

60. พลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนจะมคามากหรอนอยขนอยกบคาใด ก. ความเขมของแสง ข. ความยาวคลนของแสง ค. ความถของแสง ง. ความเรวของแสง จ. สของแสง 1. ขอ ก. 2. ขอ ข. , ค. 3. ขอ ข. , ค. , จ. 4. ขอ ค.

61(แนว En) โลหะชนดหนงมคาพลงงานยดเหนยวเทากบ 2.0 อเลกตรอนโวลต ถามแสงทม ความยาวคลน 100 นาโนเมตร มากระทบพลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนท ออกมาจะเปนกอเลกตรอนโวลต (eV) 1. 6.4 eV 2. 10.4 eV 3. 14.4 eV 4. 18.4 eV

62. แสงมความยาวคลน 180 นาโนเมตร ตกกระทบผวโลหะทองแดงซงมคาพลงงานยด เหนยวของทองแดงเทากบ 3.2 อเลกตรอนโวลต จงหาคาพลงงานจลนสงสดของอเลก- ตรอนทหลดจากผวทองแดง 1. 2.8 x 10–19 จล 2. 3.2 x 10–19 จล 3. 5.9 x 10–19 จล 4. 6.6 x 10–19 จล


44

63. ในการทดลองเรองปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ใหแสงซงมความยาวคลน 4 x 10–7 เมตร ตกกระทบผวโลหะซง ถาตองการจะใหอเลกตรอนหลดจากผวโลหะไดนน จะตองใชพลง

งานอยางนอยทสดเทากบ 3.2 x 10–19 จล โฟโตอเลกตรอนทหลดออกมา จะมพลงงาน จลนมากทสดกอเลกตรอนโวลต

1. 1.09 2. 2.09 3. 3.09 4. 4.09

64(แนว มช) อนภาคโฟตอนตวหนงมความยาวคลน 60 นาโนเมตร วงเขาชนอะตอมของ ไฮโดรเจน มอเลกตรอนถกปลดปลอยออกจากอะตอมของไฮโดรเจน ถาพลงงาน ไอออน ไนเซชนของอะตอมไฮโดรเจนเปน 13.6 อเลกตรอนโวลต ถามวาอเลกตรอนดง กลาวม พลงงานจลนกอเลกตรอนโวลต

65(แนว En) เมอฉายแสงตกกระทบผวแพลทนมซงมคาฟงกชนงาน 5.6 อเลกตรอนโวลต ท า ใหอเลกตรอนหลดจากผวออกมาดวยพลงงานจลนสงสด 1.0 อเลกตรอนโวลต ถาเรา ใ หแสงเดยวกนนไปตกกระทบผวเงนซงมคาฟงกชนงาน 4.2 อเลกตรอนโวลต จะตองใชความตางศกยกโวลต เพอทจะท าใหอเลกตรอนทหลดจากผวหยดนง

1. 2.4 V 2. 4.4 V 3. 6.6 V 4. 11.2 V

66(แนว มช) ส าหรบผวโลหะหนงพบวา ความยาวคลนขดเรมของแสงส าหรบผวโลหะนมคา เทากบ 310 นาโนเมตร เมอแสงมความยาวคลน 2.0 x 10–7 เมตร มาตกกระทบ จะตอง ใชความตางศกยกโวลต เพอทจะท าใหอเลกตรอนทหลดจากผวหยด

67. ในปรากฏการณโฟโตอเลกตรอน ถาใหแสงมความถ 8 x 1014 เฮรตซ ตกกระทบโลหะ ชนดหนง ปรากฏวาตองใชความตางศกยในการหยดย งโฟโตอเลกตรอนทหลดออกมา เทากบ 1.3 โวลต พลงงานยดเหนยวของโลหะทใชการทดลองนมคาเทาใด 1. 0 อเลกตรอนโวลต 2. 2.0 อเลกตรอนโวลต

3. 2.5 อเลกตรอนโวลต 4. 4.3 อเลกตรอนโวลต

68. ในการทดลองปรากฏการณโฟโตอเลกทรก เมอใหแสงมความถ 6 x 1014 เฮรตซ ตก กระทบโลหะชนดหนง ปรากฏวาตองใชความตางศกยหยดย ง 1 โวลต แสดงวาพลงงาน ยดเหนยวของโลหะทใชในการทดลองมคาเปนกอเลกตรอนโวลต


45

69. จากปรากฏการณโฟโตอเลกทรก เมอใหแสงทมพลงงาน 2.0 อเลกตรอนโวลต ตกกระ ทบโลหะชนดหนง ปรากฏวาตองใชความตางศกยระหวางแคโทดกบแอโนด ในการหยด ย งโฟโตอเลกตรอนเทากบ 0.65 โวลต ถาใหแสงมพลงงาน 4.0 อเลกตรอนโวลต ตก กระทบโลหะชนดเดยวกนจะตองใชความตางศกยหยดย งกโวลต 1. 1.30 2. 1.35 3. 2.65 4. 5.25

70(แนว En) เมอฉายแสงอตราไวโอเลตความยาวคลน 500 นาโนเมตร ลงบนผวแมกนเซยม ปรากฏวาตองใชศกยหยดย ง 1.2 โวลต จงหาความถขดเรมของแมกนเซยม 1. 1.6 x 1014 Hz 2. 3.1 x 1014 Hz 3. 1.6 x 1015 Hz 4. 3.1 x 1015 Hz

71. เมอใหแสงทมความยาวคลน 450 นาโนเมตร ตกกระทบผวโลหะชนดหนง ปรากฎวาตอง ใชความตางศกยในการหยดย งโฟโตอเลกตรอนเทากบ 1.5 โวลต ถาตองการใหอเลกตรอน หลดออกจากผวโลหะไดพอดจะตองใชแสงทมความยาวคลนกนาโนเมตร ( ใหคานจของพลงค = 6.6 x 10–34 J.s )

72. จงค านวณหาคาความเขมสนามแมเหลกในแนวตงฉาก (เทสลา) ทท าใหโฟโตอเลกตรอน โคจรเปนวงกลมทมรศมความโคงเทากบ 20 เซนตเมตร โดยโฟโตอเลกตรอนดงกลาวหลด ออกจากผวหนาของโลหะแบเรยม เมอแสงความยาวคลน 4000 องสตรอม เขาตกกระทบ ทผวโลหะ ก าหนดคาพลงงานยดเหนยวอะตอมของโลหะแบเรยม = 2.5 อเลกตรอนโวลต 1. 5.0 x 10–6 2. 8.0 x 10–6 3. 1.3 x 10–5 4. 2.1 x 10–5

19.4.2 โฟตอน

73. หลอดโซเดยมใหแสงสเหลองทมความยาวคลน 590 นาโนเมตร ก าลงงาน 100 วตต จงค านวณพลงงานโฟตอนของแสงสเหลองและจ านวนโฟตอนทถกปลอยออกจากหลอด ใน 1 วนาท 1. 2.98 x 1019 2. 3.67 x 1019 3. 2.98 x 1020 4. 3.67 x 1020

74. เมอผานแสงสแดงความยาวคลน 660 นาโนเมตร จ านวน 7 x 1022 โฟตอน เขาไปใน น ามวล 200 กรม ถาน าดดกลนพลงงานรอยละ 40 ไปเปนความรอนน ามอณหภมเพมขน เทาไร ( ก าหนดให ความรอนจ าเพาะของน าเปน 4.2 x103 J / kg.K ) 1. 25oC 2. 20oC 3. 15oC 4. 10oC


46

19.4.3 ปรากฏการณคอมตน

19.4.4 สมมตฐานของเดอบรอยล

75. แสงทมความยาวคลน 600 นาโนเมตร เมอแสงนแสดงสมบตของอนภาคจะมโมเมนตม กนวตน.วนาท 1. 1.1 x 10–25 2. 1.9 x 10–25 3. 1.1 x 10–27 4. 1.9 x 10–27 76. ไฮโดรเจนอะตอมอยในสถานะกระตนมพลงงานเทากบ 0.9 x 10–19 จล คาความยาว คลนเดอบรอยดของอเลกตรอนในอะตอมนคอขอใด

1. 1.6 x 10–9 m 2. 2 x 10–6 m 3. 3.2 x 10–9 m 4. 2.5 x 10–10 m 77. อนภาคชนดหนงมมวล 3.2 x 10–27 กโลกรม ประพฤตตวเปนคลนทมพลงงาน 1 เมกะ-

อเลกตรอนโวลต ความยาวคลนของอนภาคนเทากบ 1. 2.0 x 10–31 เมตร 2. 8.3 x 10–24 เมตร 3. 2.1 x 10–14 เมตร 4. 1.2 x 10–12 เมตร

78. อนภาคมประจไฟฟา q มวล m ถกเรงจากสภาพนงดวยสนามไฟฟาสม าเสมอความ ตางศกย V จะประพฤตตวเปนคลนมความยาวคลนเทาไร

1. = h 2. = 2qVmh 3. = 2qVmh 4. = 2qVm

2h

79. อนภาค A และ B ประพฤตตวเปนคลนสสารมความยาวคลนของเดอบรอยลเทากน จงหา อตราสวนพลงงานจลนของอนภาค A ตอของอนภาค B ถามวลของอนภาค A เปน 1600 เทาของมวลอนภาค B 1. 40 2. 1/40 3. 1/1600 4. 1600

19.5 กลศาสตรควอนตม

19.5.1 หลกความไมแนนอน 19.5.2 โครงสรางอะตอมตามแนวคดกลศาสตรควอนตม


47

เฉลยบทท 19 ฟสกสอะตอม

1. ตอบขอ 2. 2. ตอบขอ 1. 3. ตอบขอ 2. 4. ตอบขอ 3. 5. ตอบขอ 2. 6. ตอบขอ 4. 7. ตอบขอ 2. 8. ตอบขอ 2. 9. ตอบขอ 3. 10. ตอบขอ 1. 11. ตอบ 1200 12. ตอบขอ 2. 13. ตอบขอ 3. 14. ตอบขอ 2. 15. ตอบขอ 4. 16. ตอบขอ 4. 17. ตอบ 16 18. ตอบขอ 1. 19. ตอบขอ 2. 20. ตอบขอ 2. 21. ตอบขอ 2. 22. ตอบ 2.55 23. ตอบขอ 2. 24. ตอบขอ 3. 25. ตอบขอ 2. 26. ตอบขอ 1. 27. ตอบขอ 3. 28. ตอบขอ 4. 29. ตอบขอ 3. 30. ตอบขอ 3. 31. ตอบขอ 2. 32. ตอบขอ 4. 33. ตอบขอ 4. 34. ตอบขอ 2. 35. ตอบขอ 3. 36. ตอบขอ 4. 37. ตอบขอ 3. 38. ตอบขอ 1. 39. ตอบขอ 3. 40. ตอบ 0.34 41. ตอบขอ 2. 42. ตอบ 294.6 43. ตอบขอ 3. 44. ตอบขอ 3. 45. ตอบ 2.85 46. ตอบขอ 3. 47. ตอบขอ 1. 48. ตอบขอ 3. 49. ตอบขอ 2. 50. ตอบขอ 1. 51. ตอบขอ 1. 52. ตอบขอ 3. 53. ตอบขอ 1.


48

เฉลยตะลยโจทยท วไปฟสกส บทท 19 ฟสกสอะตอม

1. ตอบขอ 4. 2. ตอบขอ 4. 3. ตอบขอ 3. 4. ตอบ 45.5

5. ตอบขอ 3. 6. ตอบขอ 1. 7. ตอบขอ 3. 8. ตอบขอ 2. 9. ตอบขอ 2. 10. ตอบขอ 4. 11. ตอบขอ 3. 12. ตอบขอ 2. 13. ตอบขอ 4. 14. ตอบขอ 1. 15. ตอบ 6 16. ตอบขอ 1. 17. ตอบขอ 1. 18. ตอบ 400 19. ตอบขอ 4. 20. ตอบขอ 4. 21. ตอบขอ 1. 22. ตอบขอ 4. 23. ตอบขอ 4. 24. ตอบขอ 2. 25. ตอบขอ 2. 26. ตอบขอ 3. 27. ตอบขอ 1. 28. ตอบขอ 2. 29. ตอบขอ 1. 30. ตอบขอ 2. 31. ตอบขอ 2. 32. ตอบขอ 2. 33. ตอบขอ 1. 34. ตอบขอ 2. 35. ตอบขอ 1. 36. ตอบขอ 4. 37. ตอบขอ 2. 38. ตอบขอ 4. 39. ตอบขอ 1. 40. ตอบขอ 3. 41. ตอบขอ 4. 42. ตอบขอ 1. 43. ตอบขอ 3. 44. ตอบขอ 1. 45. ตอบขอ 1. 46. ตอบขอ 3. 47. ตอบขอ 1. 48. ตอบ 10.19 49. ตอบขอ 2. 50. ตอบขอ 3. 51. ตอบขอ 2. 52. ตอบขอ 4. 53. ตอบขอ 4. 54. ตอบขอ 2. 55. ตอบขอ 3. 56. ตอบขอ 3. 57. ตอบขอ 4. 58. ตอบขอ 4. 59. ตอบขอ 4. 60. ตอบขอ 3. 61. ตอบขอ 2. 62. ตอบขอ 3. 63. ตอบขอ 1. 64. ตอบ 7.02 65. ตอบขอ 1. 66. ตอบ 2.2 67. ตอบขอ 2. 68. ตอบ 1.5 69. ตอบขอ 3. 70. ตอบขอ 2. 72. ตอบขอ 3. 73. ตอบขอ 3. 74. ตอบขอ 4. 75. ตอบขอ 3. 76. ตอบขอ 1. 77. ตอบขอ 3. 78. ตอบขอ 3. 79. ตอบขอ 3.

19.1 อะตอมและการค้นพบอิเล็กตรอน · บทที่ 19 ฟิสิกส์อะตอม 19.1...

Documents