Question

20世紀50年代，物理學家發(fā)現(xiàn)了“電子偶素”．所謂“電子偶素”，實際上是指由一個負電子和一個正電子繞它們連線的中點旋轉(zhuǎn)所形成的相對穩(wěn)定的系統(tǒng)．已知正、負電子的質(zhì)量均為m_e，帶電荷量均為e，靜電力常量為k，普朗克常量為h．
（1）設(shè)“電子偶素”中正、負電子繞它們連線的中點做勻速圓周運動的軌道半徑為r、運動速度為v，根據(jù)量子化理論上述物理量滿足關(guān)系式：（n=1，2，3，…）．試證明n=1時，正、負電子做勻速圓周運動的速率
（2）已知“電子偶素”的能量為正、負電子運動的動能和系統(tǒng)的電勢能之和．當正、負電子相距d時系統(tǒng)的電勢能為．試求n=1時，“電子偶素”的能量E₁．

Answer 1

【答案】分析：（1）由正負電子的庫侖力提供向心力，從而即可證明．
（2）由題意可知，系統(tǒng)的電勢能，及電子的動能，可求得n=1時，“電子偶素”的能量．
解答：解：（1）設(shè)n=1時電子運轉(zhuǎn)軌道半徑為r₁，
此時正負電子間庫侖力
此庫侖作為向心力
由題中量子化理論可知，n=1時
聯(lián)立上式可得
（2）由題意可知，系統(tǒng)的電勢能  
每個電子動能
系統(tǒng)的能量E=2E_K+E_P
聯(lián)立可得
答：（1）n=1時，正、負電子做勻速圓周運動的速率；
（2）n=1時，“電子偶素”的能量為．
點評：考查電子受到的電場力作用為向心力做勻速圓周運動，掌握牛頓第二定律的應(yīng)用，知道系統(tǒng)的能量是動能與電勢能之和．