Câu hỏi: Xét nguyên tử hidro theo mẫu nguyên tử Bo. Gọi F là độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa electron và hạt nhân khi electron chuyển động trên quỹ đạo dừng K. Khi độ lớn lực tương tác điện giữa electron và hạt nhân là $~\dfrac{F}{81}$ thì electron đang chuyển động trên quỹ đạo dừng nào?
A. Quỹ đạo dừng L
B. Quỹ đạo dừng N
C. Quỹ đạo dừng M
D. Quỹ đạo dừng O
A. Quỹ đạo dừng L
B. Quỹ đạo dừng N
C. Quỹ đạo dừng M
D. Quỹ đạo dừng O
Phương pháp:
Công thức tính lực tương tác tĩnh điện: ${{F}_{n~}}=~\dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{r_{n}^{2}~}$
Bán kính quỹ đạo dừng thứ n: ${{r}_{n}}=~{{n}^{2}}.{{r}_{0}}$
Cách giải:
Công thức xác định bán kính quỹ đạo dừng thứ n: ${{r}_{n}}=~{{n}^{2}}.{{r}_{0}}$
Quỹ đạo dừng K ứng với n = 1 → Độ lớn lực tương tác tính điện giữa electron và hạt nhân khi electron
chuyển động trên quỹ đạo dừng K là:
${{F}_{K~}}=~\dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{1r_{0}^{2}~}=F\left( 1 \right)$
Khi độ lớn lực tương tác điện giữa electron và hạt nhân là $\dfrac{F}{81}$ thì:
${{F}_{n~}}=~\dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{{{\left( {{n}^{2}}.{{r}_{0}}~ \right)}^{2}}}=\dfrac{F}{81}\Leftrightarrow \dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{{{n}^{4}}.r_{0}^{2}~}=\dfrac{F}{81}\left( 1 \right)$
Từ(1) và (2) suy ra: ${{n}^{4}}=81\Rightarrow n=3$
→ Electron đang chuyển động trên quỹ đạo dừng M.
Công thức tính lực tương tác tĩnh điện: ${{F}_{n~}}=~\dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{r_{n}^{2}~}$
Bán kính quỹ đạo dừng thứ n: ${{r}_{n}}=~{{n}^{2}}.{{r}_{0}}$
Cách giải:
Công thức xác định bán kính quỹ đạo dừng thứ n: ${{r}_{n}}=~{{n}^{2}}.{{r}_{0}}$
Quỹ đạo dừng K ứng với n = 1 → Độ lớn lực tương tác tính điện giữa electron và hạt nhân khi electron
chuyển động trên quỹ đạo dừng K là:
${{F}_{K~}}=~\dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{1r_{0}^{2}~}=F\left( 1 \right)$
Khi độ lớn lực tương tác điện giữa electron và hạt nhân là $\dfrac{F}{81}$ thì:
${{F}_{n~}}=~\dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{{{\left( {{n}^{2}}.{{r}_{0}}~ \right)}^{2}}}=\dfrac{F}{81}\Leftrightarrow \dfrac{k.~\left| {{q}_{1}}{{q}_{2~}} \right|}{{{n}^{4}}.r_{0}^{2}~}=\dfrac{F}{81}\left( 1 \right)$
Từ(1) và (2) suy ra: ${{n}^{4}}=81\Rightarrow n=3$
→ Electron đang chuyển động trên quỹ đạo dừng M.
Đáp án C.