量子物理习题解答.

巡山小妖精
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2021年02月11日 01:36
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2021年2月11日发(作者:流浪地球2)


量子物理习题解答




习题


17


—


1



用频率为



1


的单色光照射某一金属时,


测得光电子的最大初动能为


E


k


1


;用频率为< /p>



2


的单色光照射另一种金属时,测得光 电子的最大初动能为


E


k


2

< p>
。


那么[





]



(A)



1


一定大于



2


。









(B)



1


一定小于



2


。



(C)


1


一定等于



2

< br>。









(D)



1


可能大于也可能小于



2


。

< p>


解:根据光电效应方程,光电子的最大初动能为
















E


k



h




A



由此式可以看出,


E


k


不仅与入射光的频率



有关,而且与 金属的逸出功


A


有关,


因此我们无法判 断题给的两种情况下光电子的最大初动能谁大谁小,


从而也就无


法判断两种情况下入射光的频率的大小关系,所以应该选择答案


(D)

< br>。




习题


17


—


2



根据玻尔的理论,


氢原子中电子在< /p>


n


=5


的轨道上的角动量与在第一


激发态的角动量之比为[





]



(A) 5/2


。












(B) 5/3


。












(C) 5/4


。












(D) 5


。



解:根据玻尔的理论,氢原子中电子的轨道上角动量满足



















L



n










n


=1


,


2


,


3


……



所以


L


与量子数


n


成正比 。又因为“第一激发态”相应的量子数为


n


=2


,因此应


该选择答案


(


A


)


。




习题


17


—


3



根据玻尔的理论,巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比 为


[





]



(A) 5/9


。







(B) 4/9


。







(C) 7/9


。







(D) 2/9


。



解:由巴耳末系的里德佰公式



1


1



~



1



R


















n


=3


,


4


,


5


,……




H


2


2


< p>


n




2


可知对应于最大波长



m< /p>


ax


,


n


=3< /p>


;对应于最小波长



min


,


n


=


∞。因此有








max


所以



1



R


H


1




1



2



2



3



< br>2



1


36

1



1




;




mi n





5< /p>


R


H


R


H



2


2


< p>


1



4



R


H


min



max



4



5


36

< br>


5


9



最后我们选择答案


(A)


。




习题


17


—


4



根据玻尔的理论,


氢原子中电子在< /p>


n


=4


的轨道上运动的动能与在基


态的轨道上运动的动能之比为[





]



(A) 1/4


。







(B) 1/8


。







(C) 1/16


。






(D) 1/32


。



解:根据玻尔的理论,氢 原子中电子的动能、角动量和轨道半径分别为



P


2











E


k




;


L



r


n


P



n




;


r

< br>n



n


2


r


1



2


m


所以电子的动能



n

< br>2


n


2


1


E


k



P



2



4



2



r


n


n


n


2


与量子数


n


2



成反比,


因此,


题给的两种情况下电子的动能之比


1


2


/4


2


=1 /16


,


所以


我们选择答案

< p>
(C)


。




习题


17


—


5



在康普顿效应实验中,若散射光波长是入射光波长的


1.2


倍,则散


射光光子能量

< br>


与反冲电子动能


E


k


之比



E


k

< p>
为[





]



(A) 2


。








(B) 3


。








(C) 4


。








(D) 5


。



解:由康普顿效应的能量守恒公式



h



0



m


0


c


2



h




mc

< p>
2



可得




E


k


< br>h



h



h








2


2


E


k


mc



m


0


c


h

< p>
(



0




)



0





0


1


1



< /p>



5






0


< p>


0



1


1


.


2


1


所以,应该选择答案


(D)


。< /p>




习题


17


—


6



设氢原子的动能等于温度为


T


的热平衡状态时的平均动能,


氢原子


的质量为


m


,那么此氢原子的德布罗意波长为[





]





(A)




h


3


mk T


。







(B)




h


5


mk T


。



(C)




3


mkT


h


。







(D)




5


mkT


h


。



解:依题意,氢原子的动能应为



3< /p>


E


k



kT



2


又因为氢原子的动量为


< p>
P



2


mE


k



3


mkT



由德布罗意公式可得氢原子的德布罗意波长为


< /p>


h





h


3


mkT



P


所以应该选择答案


(A)

< br>。




习题


17


—


7



以一定频率的单色光照射到某金属上,


测出其光电流的曲线如图实


线所示,


然后在光强度不变的条件 下增大照射光频率,


测出其光电流的曲线如图


虚线所示。满足题 意的图是[





]




I





I





I





I








O





(A)





U





O





(B)





U





O





(C)




U





O





(D)





U






习题


17


―


7


图







↑



解:< /p>


根据爱因斯坦光量子假设,


光强


=


Nh



,


在光强保持 不变的情况下,


→


N


↓→


I


s


(


饱和光电流


)


↓;另一方面,



↑ →


U


a


↑,综上,应该选择答案


(D)


。




习题


17


—


8



氢原子光谱的巴耳末系中波长最大的谱线用

< br>


1


表示,


其次波长用



2


表示,则它们的比值



1



2


为 [





]



(A) 9/8


。






(B) 16/9


。






(C) 27/20


。






(D) 20/27


。



解:由氢原子光谱的里德伯公式,对巴耳末系有



1












R


H



1


1





2






n


=3


,


4


,


5


,……




4


n




1


对波长最大的谱线用

< br>


1


,


n


=3


;对其次波长用



2

< p>
,


n


=4


。因此有




1


< p>
1


1




1


1



36

< br>


3


27




2





2



< /p>





2



4


4


< p>


4


3



16



5


20


所以应该选择答案


(C)


。




习题


17


—


9



电子显微镜中的电子从静止开始通过电势差为


U


的静电场加速后,


其德布罗意波长是


4


×


10


-

< br>2


nm


,则


U

< br>约为:


[





]



(A) 150V


。






(B) 330V


。






(C) 630V


。










(D) 942V


。



解:由动能定理得



P


2


eU



E

< br>k




2


m


把此式代入德布罗意公式有





所以


< /p>


h



P


h


2


meU



h


2


(


6


.

< p>
63



10


< p>
34


)


2


U





942


V



2


< br>31



19


< br>11


2


2


me

< br>


2



9


.


11



10



1


.


6



10



(


4< /p>



10


)


因此, 应该选择答案


(D)


。




习题


17


—


10



氩


(


Z


=18)


原子基态的电子组态是:< /p>


[





]



(A) 1S

2


2S


8


3P

8





















(B) 1S


2


2S


2


2P


6


3d


8



(C) 1S


2


2S

< br>2


2P


6


3S

< br>2


3P


6
















(D) 1S


2

2S


2


2P


6

3S


2


3P


4

3d


2



解:对

< br>(A)


示组态,既违反泡利不相容原理,也违反能量最小原理,是一个

< p>
不可能的组态;对


(B)


示组态和


(D)


示组态均违反能量最小原理,也都是不可能组


态 。因此,只有


(C)


示组态是正确组态。所以应该选择答案


(C)


。




习题


17


—


11



在气体放电中,


用能量为

< p>
12.1eV


的电子去轰击处于基态的氢原子,


此 时氢原子所能发射的光子的能量只能是:


[





]



(A)



12.1eV


,


10.2eV


和


3.4eV


。









(B) 12.1eV


。



(C) 12.1eV


,


10.2eV


和


1.9eV


。










(D) 10.2eV


。



< br>1



解:∵





E



E


n



E


1




2



1



E

< br>1



12


.

1


eV


且


E


1


=13.6eV



n

< p>


可以解得


























n


=3



从能级跃迁示意图可知,应该有种频率不

同的光子发出,它们的能量分别为










1



h



1



E


3



E


1



12


.


1


eV



n


=3





n


=2





n


=1





能级跃迁图







2



h



2



E


2



E


1



1

< br>3



1



E




13


.


6



10


.


2


eV



1< /p>


2


4


2


1


1


5



< p>
E




13


.


6



1

< br>.


9


eV


1


36


3


2


2


2



3



h



3



E


3



E


2



所以,应该选择答案


(C)


。




习题


17


—


12



设粒子运动的波函数图线分别如图


( A)


、


(B)


、


(C)


、


(D)


所示,那么


其中确定粒子动量的精确度最高的波函数是哪个图


?



(A)





(C)





X







X







(D)





(B)





X






X






习题< /p>


17


―


12


图< /p>





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