早期量子论(附答案)
16早期量子理论
16早期量子理论习题及参考答案第16章早期量子理论参考答案思考题16-1以一定频率的单色光反射在某种金属上。
测出其光电流与另加电压的关系曲线例如图中实线右图。
然后维持频率维持不变，减小光的强度，测出其光电流曲线例如图中虚线右图。
则下面四个图象中恰当的就是（）。
iiu（a）i（b）iuu（c）思考题16-1图（d）u16-2光子的波长为?，则其能量为（），动量大小为（），质量为（）。
16-3若一无线电收音机接收到的频率为10hz的电磁波的功率为1?w，则每秒接收到的光子数为（）。
16-4光电效应中升空的光电子的初动能随其入射光的频率变化关系如图所示，则可以谋出来普朗克常数为（）。
8mv2/2（a）oq（b）op（c）op/oq（d）qs/os16-5康普顿效应的主要特点就是（）（a）散射光的波长均比入射光的波长长，且随散射角的减小而增大，但与反射物的性质毫无关系；（b）散射光的波长与入射光的波长相同，与散射角、0pqs?思考题16-4图散射物的性质无关；（c）散射光中既有与入射光相同波长的光，也存有比入射光波长大的和比入射光波长长的，这与反射物的性质有关；（d）散射光中有的部分比入射光的波长长，且随散射角增大而增大，也有与入射光波长相同的光，这都与散射物的性质无关。
16-6在x射线反射实验中，若散射光波长就是入射光的1.2倍，则入射光子能量与散射光子的能量之比是（）。
（a）0.8(b)1.2(c)1.6(d)2.016-7在康普顿散射实验中，如果反冲电子的速度为光速的0.6倍，则因散射使电子获得的能量是其静止能量的（）倍。
（a）2(b)1.5(c)0.5(d)0.2516-8在康普顿散射实验中，若散射光的波长是入射光的波长的1.2倍，则散射光光子能量与反冲电子的动能之比为（）。
（a）2(b)3(c)4(d)516-9在康普顿散射实验中，当出射光光子与入射光的夹角为（）时，光子的频率减少得最多；当夹角为（）时，光子的频率保持不变。
大学物理习题答案18早期量子论
大学物理练习题十八一、选择题1．所谓“黑体”是指的这样的一种物体，即 (A) 不能反射任何可见光的物体 (B) 不能发射任何电磁辐射的物体(C) 能够全部吸收外来的任何电磁辐射的物体(D) 完全不透明的物体 ［ C ］ 2．在均匀磁场B 内放置一极薄的金属片，其红限波长为．今用单色光照射，发现有电子放出，有些放出的电子(质量为m ，电荷的绝对值为e )在垂直于磁场的平面内作半径为R 的圆周运动，那末此照射光光子的能量是(A) 0λhc(B) 0λhcmeRB 2)(2+(C)λhcmeRB+(D) 0λhc eRB 2+［ B ］解：由B e R m v 2v =得eRB/m v =，代入20v 21m h h +=νν， 则得光子能量m eRB hc m m h h 2)(2v)(220+=+==λννε3．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ε与反冲电子动能E K 之比ε/ E K 为(A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 ［ D ］解：由220'mc hc c m hc+=+λλ得'202λλhchc c m mc -=-，即ελλλλλ2.0'2.0)'1'2.1('==-=-=hc hc hc hcE k4．若α粒子在磁感应强度为B 的均匀磁场中沿半径为R 的圆形轨道运动，则α粒子的德布罗意波长是(A) h/(2eRB) (B) h/(eRB)(C) 1/(2eRBh) (D) 1/(eRBh) ［ A ］解：α粒子e q 2+=，由Rmv qvB 2=有qBR mv =5．静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时粒子物质波的波长λ与速度v 有如下关系(A) v ∝λ (B) v /1∝λ (C) 2211cv -∝λ (D) 22v c -∝λ ［ C ］ 解：-==vm c v h mv h 022/1λ6．普朗克量子假说是为解释 （A ）光电效应实验规律而提出来的。
量子答案
作业题：1、解：（1）1277341047.11050.41063.6----⋅⋅⨯=⨯⨯==s m kg hp λ J pc E 198271041.4100.31047.1--⨯=⨯⨯⨯==（2）eV A h mv 476.028.2106.11041.42119192=-⨯⨯=-=--ν （3）λνhch E ==，m E hc 7198341018.5106.140.2100.31063.6---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==λ 2、解：（1）根据康普顿散射公式)cos 1(0θλλλλ-=-=∆c ，由已知2πθ=， 得 m c 11121001024.7104.2107.0---⨯=⨯+⨯=+=λλλ （2）J hc hcE k 17111183401095.9)1024.711071(100.31063.6----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=-=λλ （3）12317311035.11095.9101.922----⋅⋅⨯=⨯⨯⨯⨯==s m kg E m p k e选择题：1.B2. D3.A4.D5.D6.D7.B8.A9.B 10.D 11.C 12.C 简述题：1．某金属在绿光照射下刚能产生光电效应，若用紫光和红光分别照射，能否产生光电效应？ 答：由题意，绿光频率即为截止频率，因为紫光频率大于绿光频率，所以紫光照射能产生光电效应；红光频率小于绿光频率，所以红光照射不能产生光电效应。
2.在康普顿效应中，散射光波长变长的原因是什么？答：入射X 光子与电子碰撞后，由于损失部分能量，频率变小，而c v λ=，所以波长变长。
3.试比较光电效应与康普顿效应的同、异点。
答：光电效应：电子吸收光子的过程，只满足能量守恒；康普顿效应：光子与电子的弹性碰撞过程，既满足能量守恒又满足动量守恒。
作业题：1、解：第一激发态n=2所以()ax a πϕ2sin 22= 所以几率最大值为a 2，其位置：()2122ππ+=k a x K=0时，a x 41= ； K=1时，a x 43= 即在a x 41=和a x 43=处，电子出现的几率最大 2、任意位置概率密度 ()a x a x πψ221s i n 2=， 所求区间发现粒子的概率()⎰⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅===a a aa a a x a x a a x a x a x x P 4324324321a d sin 2d sin 2d ππππψ %1.9091.0432sin 414322sin 41222sin 4121243=≅⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-⋅-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅=a a a a a a a a a x a x aa ππππππππ选择题1.C2. A3.CD4.C5.A6.C7.A8.C9.D 10.A 简述题：1、日常生活中，为什么察觉不到粒子的波动性和电磁辐射的粒子性呢？答：是由于h 是一个很小的量，实物粒子的波长很小，宏观条件下，波动性不会表现出来，电磁辐射波长很长，一般条件下不会表现出粒子性．2、什么是不确定关系？为什么说不确定关系指出了经典力学的适用范围？答：微观粒子的位置和动量不能同时完全确定． π2h p x ≥∆⋅∆ 不确定关系中出现的h 表明了经典力学的适用范围，当物质尺度可与h 比拟时，波动性体现出来，当尺度远大于h 时，波动性不明显，可用经典力学方法解决．3、经典力学认为，如果已知粒子在某一时刻的位置和速度，就可以预言粒子未来的运动状态，在量子力学看来是否可能？试解释.答：量子力学用波函数描述粒子的运动，波函数是概率函数，只能得到粒子出现的概率．同时由于不确定关系，无法同时准确得到位置和速度．4、如果电子与质子具有相同的动能，那么谁的德布罗意波长短？为什么？ 答：质子的德布罗意波长更短．由ph =λ，相同动能时，质子的动量大于电子，所以其波长比电子波长短些．5、在一维无限深势阱中，如减少势阱宽度，其能级将怎样变化？如增加势阱宽度，其能级又如何变化？ 答：由能级公式2222π1,2,3,2n E n ma == ，减少势阱宽度a ， 能级间距增加，增加势阱宽度a ， 则能级间距减少．6、实物粒子的德布罗意波与电磁波、机械波有什么不同，试说明之.答：物质波不代表实在的物理量的波动，它是粒子在空间分布的概率波，波函数在空间中某一点的强度和在该点找到粒子的概率成比例．计算题：1、 已知α粒子的静质量为6.68×10-27kg ，求速率为5 000 km/s 的α粒子的德布罗意波长． 解：因为粒子的运动速率远小于光速，可认为0m m =，则波长为m v m h p h 143273401099.11050001068.61063.6---⨯=⨯⨯⨯⨯===λ2、 电子位置的不确定量为5.0×10-2nm ，其速率的不确定量是多少？解：由h p x ≥∆⋅∆得)/(1046.1105.0101.91063.6711-3134s m x m h ⨯=⨯⨯⨯⨯=∆≥∆--υ 3、解：由归一化条件，应有1sin 022=⎰xdx a n A a π得：a A 2=。
第十八章作业答案
第十八章早期量子论第一节量子假说光电效应康普顿效应一、选择题1.关于光电效应有下列说法：(1)任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生光电效应；(2)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该金属分别受到不同频率的光照射时，释出的光电子的最大初动能也不同；(3)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该金属分别受到不同频率、强度相等的光照射时，单位时间释出的光电子数一定相等；(4)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则当入射光频率不变而强度增大一倍时，该金属的饱和光电流也增大一倍．其中正确的是 DA 1 , 2 , 3 ;B 2 , 3 , 4 ;C 2 , 3 ;D 2 , 4 ．分析：发生光电效应的前提是入射光频率v必须大于该金属的红线频率ν0；光电效应遵守能量守恒hν hν0 eU0hν hν0 E k爱因斯坦认为入射光的光子数决定了入射光的强度，光电效应发生形成的饱和电流取决于光电子数。
再次分析第四个选项：i 、光强的定义：单位时间内垂直达到（通过）单位面积的能量。
光强一定时，单位时间内到达金属板K单位面积上光的能量一定，假设金属板K的面积为1m2。
根据Einstain光强的定义：I Nhv，对于一定频率v的光，当光强I一定时，单位时间内到达金属板K单位面积上光子的个数N一定，对应着产生N个光电子，N个光电子带有的电量Q Ne库伦，流过电流表的电流i Ne库伦1秒 Ne。
由于单位时间内到达金属板K单位面积上光子的个数N一定，所以，光电流i一定，i N，N达到最大，i达到最大，为饱和电流值。
所以，光电流的最大值只是由光子的个数N决定。
ii 、入射光的频率v一定，光的强度增大一倍，表示单位时间内到达金属板K单位面积上光子的个数N增大一倍，所以，饱和光电流也增大一倍。
2.用频率为 1的单色光照射某一种金属时，测得光电子的最大动能为E K1；用频率为 2的单色光照射另一种金属时，测得光电子的最大动能为E K2．如果E K1 E K2，那么DA 1一定大于 2;B 1一定小于 2;C 1一定等于 2;D 1可能大于也可能小于 2.分析：hν2 hν0,2 E k2,hν1 hν0,1 E k1E K1 E K2,hν0,2、hν0,1不知哪个大、哪个小，所以，无法判断3.用频率为 的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E K；若改用频率为2 的单色光照射此种金属时，则逸出光电子的最大动能为： DA 2E K;B 2h E K；C h E K；D hE K．分析：hν hν0 E k,2hν hν0 E k2hν hν0 E k4.单色光照射到金属表面产生了光电效应，若此金属的逸出电势是U0（使电子从金属需做功eU0），则此单色光的波长λ必须满足 AA λ hc/ eU0 ;B λ hc/ eU0 ;C λ eU0/hc;D λ eU0/hc分析：hν hν0 E khν eU0 E k,E k 0hν eU0,c λν,cλνh c λ eU0,λ hceU05.用强度为I，波长为 的X射线(伦琴射线)分别照射锂(Z 3)和铁(Z 26)．若在同一散射角下测得康普顿散射的X射线波长分别为 Li和 Fe Li, Fe ，它们对应的强度分别为I Li和I Fe，则A Li Fe,I Li I Fe；B Li Fe,I Li I Fe；C Li Fe,I Li I Fe；D Li Fe,I Li I Fe.分析：康普顿散射后波长增量0 h mc 1 cos波长增长量 随散射角 的增大而增大，与散射物质种类无关；康普顿散射强度I随散射物质质子数量的增加而减少，即产生波长为 0的光子的个数N随散射物质质子数量的增加而减少，当波长 一定时，I Nhv，N减少，I减少。
早期量子论(附答案)
早期量子论(初稿)一、填空题（10道）1.在加热黑体过程中，其最大单色辐射度对应的波长由0.8μm变到0.4μm，则其辐射度增大为原来的______________倍。
2.100W的白炽灯灯丝表面积为 5.3×10-5 m2。
若视其为黑体，则工作温度为______________K。
3.若黑体的半径有R增大为2R，则总辐射功率为原来的______________倍。
4.当绝对黑体的温度从27 ºC升到327 ºC时，其辐射出射度（总辐射本领）增加为原来的______________倍。
5.在均匀磁场B内放置一极薄金属片，其红限波长为λ0。
今用单色光照射，发现有电子放出，有些放出的电子（质量为m，电荷绝对值e）在垂直于磁场的平面内做半径为R的圆周运动，那么此照射光光子的能量是______________。
6.当照射光的波长从4000 Å变到3000 Å时，光强保持不变，对同一金属，在光电效应实验中测得的遏止电压将增大______________。
7.在康普顿散射中，若入射光子与散射光子的波长分别为λ和λ',则反冲电子获得的动能E k=______________。
8.在X射线实验中散射角为45º和60º的散射光波长改变量之比为______________。
9.质量为1 g，以速度v=1cm/s运动的小球的德布罗意波长为______________。
10.某金属产生光电效应的红限为υ0，当用频率为υ（υ>υ0）的单色光照射该金属时，从金属中溢出的光电子（质量为m）的德布罗意波长为______________。
二、计算题（10道）1. 红限波长为λ0=0.15Å的金属箔片至于B=30×10 4T的均匀磁场中。
现用单色γ射线照射儿释放出电子，且电子在垂直于磁场的平面内做R=0.1m的圆周运动。
求γ射线的波长。
早期量子论习题
λmT = b
或
νm = C T ν
Cν = 5.880×1010 Hz / K
2π hc2 1
hc
2π h υ3 或 M0ν = 2 hυ kT c e −1
ε =h υ
M0λ(T) =
λ5
e
kλ T
−1
二.光电效应
爱因斯坦的光子理论
三.康普顿散射
1 2 光电效应方程： ν 光电效应方程： h = m + h υm ν0 2
λm2
= 8.28×103 (k)
M0 (T2 ) = σT24 = 2.67×108 (Wm−2 )
2. 太阳辐射到地球大气层外表面单位面积的辐射通量 Io 称为太阳常量，实验 称为太阳常量， 试把太阳近似当作黑体， 测得其值为 Io =1.35 kW/m2 。试把太阳近似当作黑体，由太阳常数估计太阳表 面的温度。太阳， 面的温度。太阳，地球之间的平均距离为 r =1.496×1011 m 太阳半径为 R = 6.960×108 m 解: 太阳辐射能 4 R2M0 (T ) = 4 r2 I0 π π
2 2
2 电子的动能等于碰撞前光子的能量减去碰撞后光子的能量， 电子的动能等于碰撞前光子的能量减去碰撞后光子的能量，即：
λ − λ0 hc hc Ek = mc − m0c = h 0 − h = − = hc ν ν
由相对论质量关系，可得 由相对论质量关系，
λ0
λ
λλ0
m0c2 1− v2 c2 ∴
解得
− m0c2 = hc =1+ (
λ − λ0 λλ0
1 1− v2 c2
λ − λ0 h λ − λ0 )⋅ =1+ λc =1+ 4.335×10−5 λλ0 m0c λλ0
《新编基础物理学》第15章习题解答和分析
第15章 早期量子论15-1 某物体辐射频率为146.010Hz ⨯的黄光，问这种辐射的能量子的能量是多大？ 分析 本题考察的是辐射能量与辐射频率的关系. 解: 根据普朗克能量子公式有:-3414196.6310 6.010 4.010(J)h εν-==⨯⨯⨯=⨯15-2 假设把白炽灯中的钨丝看做黑体，其点亮时的温度为K 2900. 求：(1) 电磁辐射中单色辐出度的极大值对应的波长； (2) 据此分析白炽灯发光效率低的原因.分析 维恩位移定律告诉我们，电磁辐射中单色辐出度的极大值对应的波长与温度的乘积等于一个常量.由此可以直接由维恩位移定律求解. 解 （1）由维恩位移定律，得-3-72.89810=9.9910(m)=999(nm)2900b T λ⨯==⨯（2）因为电磁辐射中单色辐出度的极大值对应的波长在红外区域，所以白炽灯的发光效率较低。
15-3 假定太阳和地球都可以看成黑体，如太阳表面温度T S =6000K ，地球表面各处温度相同，试求地球的表面温度（已知太阳的半径R 0=6.96×105km ，太阳到地球的距离r =1.496×108km ）。
分析 本题是斯忒藩—玻尔兹曼定律的应用。
解： 由 40T M σ=太阳的辐射总功率为2428482002644 5.671060004(6.9610)4.4710(W)S S S P M R T R πσππ-===⨯⨯⨯⨯⨯=⨯地球接受到的功率为62226221117 6.3710() 4.4710()422 1.496102.0010(W)S E E E S P R P R P d d ππ⨯===⨯⨯⨯=⨯ 把地球看作黑体，则 24244E E E E E R T R M P πσπ==290(K)E T ===15-4 一波长nm 2001＝λ的紫外光源和一波长nm 7002＝λ的红外光源，两者的功率都是400W 。
早期量子论和量子力学基础作业习题及解答
13-12. 如果一个光子的能量等于一个电子的静止能量，问该光子的频率、波长和动量各是多少? 在电磁波谱中属于何种射线?解：设电子的静止质量为m e 0，相应的静止能量为E e 0，一个光子的能量为E 。
则200,e e E m c E h ν==。
由题意有：0e E E =，即有：20e h m c ν=所以该光子的频率为：23182200349.1110(310)Hz=1.2410Hz 6.6310e m c h ν--⨯⨯⨯==⨯⨯ 光子波长为：1232.4310m=2.4310nm cλν--==⨯⨯光子动量为：220 2.7310kg m/s e E hp m c c λ-====⨯⋅ 在电磁波中属于γ射线13-23. 设电子与光子的波长均为λ，试求两者的动量之比以及动能之比。
解：设电子与光子的动量分别为p e 和p o ，动能分别为E e 和E o 。
根据德布罗意关系：λ=h /p ，且λe =λo =λ，则电子与光子的动量之比为：oo 1e ep p λλ== 光子动能可表示为：83416o 9310 6.6310J 3.97810J 2.486KeV 0.5010hE h c cp νλ---⨯⨯⨯====≈⨯≈⨯ 电子的静能为：231821409.1110(310)J 8.2010J 0.512MeV m c --=⨯⨯⨯≈⨯≈电子动能：2022022)(c m c m c p E e -+=，由以上计算知：20c m c p pc e <<=所以电子动能：222222000024001(1)22e p c p E m cm c m c m c m c m =≈+-= 则电子与光子的动能之比为：230o o 00/2 2.431022e e e E p m p hE cp cm cm λ-===≈⨯13-24. 若一个电子的动能等于它的静能，试求该电子的速率和德布罗意波长。
量子力学习题及解答第一章量子理论...
1量子力学习题及解答第一章 量子理论基础1．1 由黑体辐射公式导出维恩位移定律：能量密度极大值所对应的波长m λ与温度T 成反比，即m λ T=b （常量）； 并近似计算b 的数值，准确到二位有效数字。
解 根据普朗克的黑体辐射公式dv e chv d kThv v v 11833-⋅=πρ， （1）以及 c v =λ， （2）λρρd dv v v -=， （3）有,118)()(5-⋅=⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=kThc v v ehc cd c d d dv λλλπλλρλλλρλρρ这里的λρ的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+d λ之间的辐射能量密度。
本题关注的是λ取何值时，λρ取得极大值，因此，就得要求λρ 对λ的一阶导数为零，由此可求得相应的λ的值，记作m λ。
但要注意的是，还需要验证λρ对λ的二阶导数在m λ处的取值是否小于零，如果小于零，那么前面求得的m λ就是要求的，具体如下：01151186'=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅+--⋅=-kT hc kT hc e kT hc e hc λλλλλπρ ⇒ 0115=-⋅+--kThce kThc λλ ⇒ kThcekThc λλ=--)1(5 如果令x=kThcλ ，则上述方程为 x e x =--)1(5这是一个超越方程。
首先，易知此方程有解：x=0，但经过验证，此解是平庸的；另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得：x=4.97，经过验证，此解正是所要求的，这样则有xkhc T m =λ 把x 以及三个物理常量代入到上式便知K m T m ⋅⨯=-3109.2λ这便是维恩位移定律。
据此，我们知识物体温度升高的话，辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动，这样便会根据热物体（如遥远星体）的发光颜色来判定温度的高低。
1．2 在0K 附近，钠的价电子能量约为3eV ，求其德布罗意波长。
2解 根据德布罗意波粒二象性的关系，可知E=hv ，λhP =如果所考虑的粒子是非相对论性的电子（2c E e μ<<动），那么ep E μ22= 如果我们考察的是相对性的光子，那么E=pc注意到本题所考虑的钠的价电子的动能仅为3eV ，远远小于电子的质量与光速平方的乘积，即eV 61051.0⨯，因此利用非相对论性的电子的能量——动量关系式，这样，便有p h =λ nmm m E c hc Eh e e 71.01071.031051.021024.1229662=⨯=⨯⨯⨯⨯===--μμ在这里，利用了m eV hc ⋅⨯=-61024.1以及eV c e 621051.0⨯=μ最后，对Ec hc e 22μλ=作一点讨论，从上式可以看出，当粒子的质量越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强；同样的，当粒子的动能越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强，由于宏观世界的物体质量普遍很大，因而波动性极弱，显现出来的都是粒子性，这种波粒二象性，从某种子意义来说，只有在微观世界才能显现。
量子初步复习要点及及答案
第三章 量子力学初步
（1）为了证实德布罗意假设,戴维孙—革末于1927年在镍单晶体上做了电子衍射实验从而证明了：
A.电子的波动性和粒子性
B.电子的波动性
C.电子的粒子性
D.所有粒子具有二项性
(2)德布罗意假设可归结为下列关系式：
A .E=h υ， p =λh
; B.E=ω ，P=κ ; C. E=h υ ，p =λ
; D. E=ω ，p=λ
(3)为使电子的德布罗意假设波长为100埃,应加多大的加速电压：
A ．11.51⨯106V ； B.24.4V ； C.24.4⨯105V ； D.0.015V
(4）基于德布罗意假设得出的公式V 26
.12=λ Å的适用条件是：
A.自由电子，非相对论近似；
B.一切实物粒子，非相对论近似；
C.被电场束缚的电子，相对论结果； D 带电的任何粒子，非相对论近似
(5）如果一个原子处于某能态的时间为10-7S,原子这个能态能量的最小不确定数量级为（以焦耳为单位）：
A ．10-34； B.10-27； C.10-24； D.10-30
(9)按原子力学原理,原子状态用波函数来描述.考虑电子自旋,对氢原子当nl 确定后,对应的状态数为：【A 】
A.2(2l +1);
B.2l +1;
C. n;
D.n 2
(10)按量子力学原理,原子状态用波函数来描述.考虑自旋对氢原子当nl m 确定后对应的状态数为：【B 】
A.1;
B.2;
C.2l +1;
D. n
3．简答题
（1）波恩对波函数作出什么样的解释？
（2）请回答测不准关系的主要内容）
（5）波函数满足标准条件是什么？写出波函数的归一化条件.。
量子论初步
量子论初步一、单选题：本大题共42小题，从第1小题到第41小题每题4分小计164分；第42小题为5分；共计169分。
1、氢原子第一能级与第四能级相比较，有[ ] A．原子能量；B．电子轨道半径；C．电子轨道半径门；D．电子动能．2、氢的电子在第一轨道上运动时的能量是-13.6eV，那么在第4条轨道上运动时的能量应是[ ] A．(-13.6)eV；B．(13.6)eV；C．(-13.6)eV；D．(13.6)eV．3、某金属在一束单色光的照射下产生了光电效应，那么以下说法正确的是[ ]A．若保持光的波长不变，而减小照射光的强度，则单位时间内逸出的电子数将减少B．若保持光的强度不变，而减小光的波长，则逸出电子的最大初动能将减小C．照射光的波长减小到一定值后，将不能产生光电效应D．照射光的强度减小到一定程度后，将不能产生光电效应4、氢原子的核外电子，在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中[ ] A．辐射光子，获得能量；B．吸收光子，获得能量；C．吸收光子，放出能量；D．辐射光子，放出能量．5、光子能量为E的一束光，照射容器中的氢气，氢原子吸收光子后处于激发态，能发射出频率为的三种光，且，则入射光的光子的能量可能是(h是普朗克常量)[ ] A． B． C． D．6、在光电效应实验中，若使入射光的波长变小，同时减弱入射光的强度，那么产生的光电子的最大初动能和光电流强度将[ ] A．减小，减弱；B．减小，增大；C．增大，减弱；D．增大，增强．7、氢的核外电子由半径的可能轨道跃迁到半径为的可能轨道的过程中[ ]A．电子的电势能和动能都增加B．电势能增加，动能不变C．电势能减少，动能增加，总能量增加D．电势能增加，动能减小，总能量增加8、在氢原子中核外电子在最内层轨道上具有的能量是-13.6eV，则电子自第3能级向内层跃迁时辐射出的光子的能量为[ ] A．12.1eV；B．10.2eV；C．1.89eV；D．以上三种都可能有9、用频率为ν的单色光照射某种金属表面产生光电效应，逸出的光电子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动时的最大半径为r。
早期量子论202-精品文档98页
光控继电器、自动控制、 自动计数、自动报警等.
光控继电器示意图 光
放大器 接控件机构
光的波粒二象性
粒子性
波动性
（具有能量） E
（具有频率）
h
（具有动量） P
（具有波长）
二者通过h来联系
E h
P E
/Chh C
I光强 Nh
N为单位时间垂直通过单位面积的光子数
由相对论动量能量关系式 E2p2c2m02c4
光子m0=0
p E h h c c
光子动量：
p h
h
爱因斯坦光电方程
1 2
mVm2
h
A
A
为电子逸出功，
1 2
m
V
2 m
为光电子的最大初动能。
解释光电效应
1）光强越大 光子数越多 光电子越多 饱和光电流越大 --- 入射频率一定时饱和光电流和入射光强成正比
例. 某金属红限波长为 λ0 ， 波长为λ(λ<λ0 )照射该金属， 金属释放出的电子(质量为 me )的动量？
相对能量变化 ΔE1.0 51 03321 026 E 51 08
24.2 光电效应与爱因斯坦理论
24.2.1 光电效应
光电效应 光电子
实验规律
1. 饱和电流 2. 遏止电压 3. 红限频率 4. 具有瞬时性
光电管
K
照射光
A.
OO
OO
OO
G
V
B
OO
1. 饱和电流
I
入射光频率一定时，饱和光电流强度 饱
U
Uc
Uc KU0
早期量子论
2 hc2 5
hc
e kT
mT =b
M (T ) T 4
实验规律
M (T ) 2 hc2 5
1
hc
e kT 1
普朗克公式结果圆满， 他发现要从理论上导出这 个公式，必须引进一个假 设：能量子假设
普朗克能量子假设要点：
（1）辐射体由许多带电线谐振子组成，线谐振子振 动时发射电磁波。（实际上是原子振动的简化）
1905年 爱因斯坦在“能量子”假说基础上提出了 “光子”假说，成功解释了光电效应。
1913年 丹麦的玻尔发展了“能量子”和“光量子” 概念，提出了原子能量量子化和轨道量子化概念，即玻 尔氢原子理论，成功地解释了氢原子光谱。
以上“能量子”“光子”“玻尔氢原子”理论被称 为旧量子论的三个主要标志。旧量子论虽然能解释一些 现象，但对微观粒子本性缺乏全面认识，所以存在根本 的缺陷。
相对论；量子力学
相对论的建立：
1905年 爱因斯坦根据迈克尔逊-莫雷实验结果， 抛弃“以太”假说，提出狭义相对论。
1915年 爱因斯坦提出广义相对论
相对论是研究宇宙天体运动、物质结构、微观粒子、 核能的理论武器。解决了高速运动问题。
量子力学的建立：
1900年 德国的普朗克为了解释“黑体辐射”实验， 提出了“能量子”假说，形成了量子物理的开端，为人 们通向微观世界打开了一扇大门。
宏观： nh ,大，n ，h可视为无穷小， 变化
视为连续。
微观粒子： 小，变化明显。
比方：一大袋米（宏观），米粒从小孔流出，视为 连续变化，米粒视为无穷小；袋子只几粒米（微观）， 小孔出来的米粒是一粒一粒量子化的。
四、黑体辐射的应用
光测高温 测几千度的高温物体的温度，不能用温度计或热电偶，只能
十三章节早期量子论和量子力学基础作业及解答
(2)截矩
U0
A2.28eV e
AeU 02.2V 8
结束 目录
(3)红限频率
0
A5.531014HZ h
红限波长:
0
c
0
542nm
结束 目录
感谢聆听！
(1)普朗克常量 h ;
(2)该金属的逸出功; (3)该金属的光电效应红限频率.
结束 目录
解:根据实验数据可得Ua 关系曲线为 一直线,即 Ua kU0
与光电效应方程式 h 12mvm2 A
即 12mm v2eU ahA比较可知:
(1)直线斜率
k Ua h
e
可得: he ke U a6.6 1 110 J 4s
结束 目录
13-8 在光电效应实验中，有个学生测 得某金属的遏止电势差 U a 和入射光波长
有下列对应关系：
/nm
253.6 283.0 303.9 330.2 366.3 435.8
Ua /V 2.60 2.11 1.81 1.47 1.10 0.57
结束 目录
画出遏止电势差与入射光频率的曲线, 并求出:
十三章节早期量子论和量子力学基础作业及解答
分析：求解有关光电效应的习题，关键在
于深刻理解爱因斯坦光电效应方程及方程
中每一项物理量的含义。
解：
(1) 逸出功：
Ah0
hc2.01eV0Fra bibliotek（2）由光电效应方程：h 12mvm2 A
遏止电势差定义式：
eUa
1 2
mvm2
解得： U ahe A ee h cA e1.7V 6
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早期量子论(初稿)
一、填空题（10道）
1.在加热黑体过程中，其最大单色辐射度对应的波长由0.8μm变到0.4μm，则其辐射度增
大为原来的______________倍。
2.100W的白炽灯灯丝表面积为 5.3×10-5 m2。
若视其为黑体，则工作温度为
______________K。
3.若黑体的半径有R增大为2R，则总辐射功率为原来的______________倍。
4.当绝对黑体的温度从27 ºC升到327 ºC时，其辐射出射度（总辐射本领）增加为原来的
______________倍。
5.在均匀磁场B内放置一极薄金属片，其红限波长为λ0。
今用单色光照射，发现有电子放
出，有些放出的电子（质量为m，电荷绝对值e）在垂直于磁场的平面内做半径为R的圆周运动，那么此照射光光子的能量是______________。
6.当照射光的波长从4000 Å变到3000 Å时，光强保持不变，对同一金属，在光电效应实
验中测得的遏止电压将增大______________。
7.在康普顿散射中，若入射光子与散射光子的波长分别为λ和λ',则反冲电子获得的动能
E k=______________。
8.在X射线实验中散射角为45º和60º的散射光波长改变量之比为______________。
9.质量为1 g，以速度v=1cm/s运动的小球的德布罗意波长为______________。
10.某金属产生光电效应的红限为υ0，当用频率为υ（υ>υ0）的单色光照射该金属时，从金
属中溢出的光电子（质量为m）的德布罗意波长为______________。
二、计算题（10道）
1. 红限波长为λ0=0.15Å的金属箔片至于B=30×10-4T的均匀磁场中。
现用单色γ射线照射儿释放出电子，且电子在垂直于磁场的平面内做R=0.1m的圆周运动。
求γ射线的波长。
2.处于静止状态的自由电子是否能吸收光子，并把全部能量用来增加自己的动能？为什么？
3.用波长λ0=1 Å的光子做康普顿实验。
（1）散射角ϕ=90º的康普顿散射波长是多少？
（2）反冲电子获得的动能有多大？
4. 垂直射到地球表面每单位面积的日光功率为1.37×103W/m2。
（1）求太阳辐射的总功率。
（2）把太阳看做黑体，求太阳表面温度。
（3）太阳辐射波谱的λmax=？
(地球与太阳的平均距离为1.5×108 km，太阳半径为6.76×105km，δ=5.67×10-8W/(m·K4))
5. α粒子在B=0.025T的均匀磁场中延半径为R=0.83cm的圆周轨道运动。
求其德布罗意波长。
（α粒子的质量为mα=
6.64×10-27kg，基本电荷e=1.6×10-9 C）
6. 组成某双原子气体分子的两个原子的质量为m，间隔为以固定值d，并绕通过d的中点而垂直于d的轴旋转，假设角动量是量子化的，并符合玻尔量子化条件。
试求：
（1）可能的角速度；
（2）可能的量子化转动动能。
7.假设电子绕氢核旋转的玻尔轨道周长刚好为电子物质波波长的整数倍，试从此点出发解出玻尔的动量矩量子化条件。
8. 氢原子光谱的巴尔末线系中，有一谱线的波长为4340Å，求与这一谱线对应的光子能量为多少电子伏？
9. 实验发现基态氢原子可吸收能量为12.75eV 的光子。
问氢原子吸收该光子后将被激发到那个能级？
10. 氢原子光谱的巴尔末线系中，有一光谱线的波长为434 nm ，求：
(1)与这一谱线相应的光子能量为多少电子伏？
(2) 该谱线是氢原子由能级E n 跃迁到E k 产生的，n 和k 为多少？
三、证明题（1道）
1. 质量为m e 的电子被电势差为U 的电场加速，考虑相对论效应，证明其波长为 2222c U
e eU m h
e +=λ
参考答案：
一.
1. 16;
2. 2401.9 K;
3. 4;
4. 16;
5. (BeR )2/(2m )+hc /λ0;
6. 1.04V;提示：根据c eU h
A ν=-，可得()21//1/1/ 1.04V c U h e hc e νλλ∆=∆=-= 7. hc (1/λ-1/λ')
8. 2-21/2或0.59
9. 6.63×10-29m 10. )(02ννλh h m h
-=
二.
1.解：由红限波长得到逸出功A=h c /λ0，
洛伦兹力提供圆周运动的向心力Bve =mv 2/R ，
光电效应方程h c/λ= mv2/2+A
三式联立，解得
=>λ=0.137 Å。
2.解：把光子完全吸收，意味着不存在散射光子，即散射光子的能量为零。
因此频率ν=0。
由能量守恒hυ0+m0c2=mc2
动量守恒hυ0/c=mv
二式联立，可得
m=(hυ0+m0c2)/c2,
v=hυ0c/(hυ0+m0c2)。
这里所得到的m和v违背狭义相对论。
因此，光子无法被完全吸收。
3. 解：（1）由康普顿散射公式，λ-λ0=2h/m0c sin2(ϕ/2)
=>λ=1.02 Å.
(2) 根据能量守恒，有h c/λ0+m0c2=h c/λ+mc2
=>E k=mc2-m0c2
=h c/λ0-h c/λ
=3.9×10-17 J。
4. 解：(1)太阳辐射的总功率为P=1.37×103×4πl2
=3.87×1026 W.
(2)由Stefan-Boltzmann Law，有P=4πR2M
=4πR2σT4,
因此，得T=5872.95 K;
（3）由Wien’s displace ment law, 有λmax=b/T
=2.898×10-3/5872.95
=493.45 nm
5.解：粒子带电量为q=+2e，
洛仑兹力提供向心力，Bvq=mv2/R
可得该粒子的动量为p=mv=2BRe
从而有
λ=h/p
=h/(2BRe)
=9.85×10-12 m
6. 解：（1）由角动量量子化条件，有L=nh/(2π)=mωr2,
其中r=d/2
=>ω=2nh/(πmd2)p
(2)转动动能则为E k=2Jω2/2
=(nh/πd)2/m
7.解：由轨道周长为德布罗意波长的整数倍，得2πr=n λ=nh/p =>rp=L=nh/2π
8. 解：光子能量为h υ=ΔE ，
其中c /υ=λ，
由以上两式可得ΔE=hc/λ
=2.86eV .
9. 解：氢原子能级跃迁需满足ΔE=h c R (1/12-1/n 2)， 可得 n ≈4
所以氢原子被激发到了第三激发态。
10.解:
(1) 光子频率与波长的关系为ν=c/λ
相应的光子能量为E=hv
=hc/λ
=6.63×10-34×3×108/(1.6×10-19×434×10-9)
=2.86 eV
(2) 由1/λ=R(1/k 2-1/n 2)得，
(1/k 2-1/n 2)=1/(λR)
=0.21，
所以有n=5，k=2.
三.
1.证明：电子被电场加速后，具有的动能为eU c m mc E e k =-=22 , 所以有2c eU m m e +
= 另外，221c v
m m e
-= 因此可得2221)(c
eU m m c v e e +-=
最终，可得到波长为
2222c U
e eU m h mv h e +==λ。