题目内容
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，必须使他们几乎静止下来并能在一个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”的仪器，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1000K高温下蒸发而获得，原子做热运动的速率近似为v0=1000m/s)，受一束激光的正面照射，如图所示．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的能量差，原子就能吸收它而发生跃迁，跃迁后原子的速度变为v1，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v0的方向总是相同，此时原子的速度为v2，接着重复上述过程，直到原子的速度减小到零．求：
(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10-8s．忽略每次吸收与发射光子的时间，按上述方式，原子从初速度v0减小到零，共需多长时间？该时间内原子总共走过的路程约为多少？(E=3.36×10-19J，钠原子的质量m=3.84×10-26kg，阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，光速c=3.0×108m/s)
答案：见详解
解析：
提示：
解析：
| 设吸收与发射光子的总数为n，光速为c
(1)光子的动量p=m光c= 钠原子吸收光子时，mv0-p=mv1 ② 钠原子放出光子时，mv1=mv2 p ③ Dv v0 v1 (2)设原子停留在激发态的时间为t，原子总路程为L，则： L= 说明：本题以用纳米技术进行原子激光制冷为背景，考查了光的粒子性、动量和能量的关系以及动量守恒定律和运动学知识，还考查了学生的获取知识的能力、分析推理能力、运用物理知识和规律解决实际问题的能力．解决此类问题的关键在于冷静地分析物理情况，建立正确的物理模型(对于本题光子相当于一小球，钠原子相当于一小车)，根据物理间的相互作用规律、动量守恒定律列式求解． |
①
v1 v2 
④
s
⑤
⑥
m
⑦提示：
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