大学物理量子物理试题及答案
大学物理相对论与量子力学基础综合练习题(含答案)
。
解： mT = b ，
T1 = m2 = 5 T2 m1 6
M
B
(T
)
=
T
4
，
M M
B B
(T1 (T2
) )
=
T1 T2
4
=
54 64
= 0.482
7．设氢原子的基态能量为 E ，当氢原子从激发态 n = 2跃迁到基
态时，发射的光子的波长 =
（用
E 、 h 、 c 表示）。
=
1 (erB)2 2m
= 0.5 10−15 J
= 3.1103 eV
(2) h
=
h
(B)有二事件，在某惯性系发生于同一时刻、不同地点，它们
第1页
在任何其它惯性系中也是发生于同一时刻、不同地点； (C)有二事件，在某惯性系发生于同一时刻、不同地点，它们
在任何其它惯性系中是发生于不同时刻、不同地点。
解：(A)由 x = x − vt ，t = t − vx / c2 知，仍为同一地点、同一
mv m0v 9.110 −31 5.93 106
第 10 页
x sin1
=
,sin 1
=
x
=
a
=
1.23 , 20
= 1
=
3.53
11 ． 在 一 维 无 限 深 势 阱 中 处 于 基 态 的 粒 子 的 振 辐 波 函 数
(x) = 2 sin x ， 能 量 E = 2h 2 ， 则 其 定 态 波 函 数
解：(1) t = t − vx / c2 ， t = t
1− 2
1−v2 /c2
第 11 页
大学物理题库-第15章 量子物理
第十九章 量子物理一 选择题（共15题）1．（190201201）用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为m ax k E ；若改用频率为ν2的单色光照射此种金属时，则逸出光电子的最大动能为[ ]（A ）2m ax k E （B ）max 2k E h -ν （C ）max k E h -ν （D ） max k E h +ν2．（190201202）光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此，在以下的几种理解中，正确的是[ ]（A ）两种效应中，电子和光子组成的系统都服从动量守恒和能量守恒定律； （B ）两种效应都相当于电子和光子的弹性碰撞过程； （C ）两种效应都相当于电子吸收光子的过程；（D ）光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应则相当于光子与电子的弹性碰撞过程。
3．（190201101）在玻尔理论提出之后，证实玻尔能级理论的实验是[ ] （A ）氢原子光谱实验 （B ）塞曼效应实验 （C ）光电效应实验 （D ）弗兰克-赫兹实验 4．（190201203）根据玻尔理论，氢原子在4=n 的轨道上运动的动能与基态轨道上运动的动能之比为[ ]（A ）1/4 （B ）1/8 （C ）1/16 （D ）1/325．（190501202）已知某微观粒子运动的波函数为a)πx (a Ψ(x)23cos 21=,（a x a ≤≤-），则粒子在65a x =处出现的几率密度为[ ]（A ）a)(21 （B ）)a 21( （C ）2121a)( （D ）211(a)6．（190901201）原子中，具有相同主量子数n 的电子的最大数量为[ ]（A ）22n （B ）1)2(2+l （C ）1)-2(2l （D ）)m (n l +2 （D ）)m (n l -2 7．（191201101）产生激光的两个最基本条件是[ ]（A ）产生激光的物质具有粒子数反转的能级结构和受激辐射的条件； （B ）产生激光的物质具有粒子数反转的能级结构和谐振腔； （C ）产生激光的物质具有受激辐射的条件和谐振腔；（D ）产生激光的物质必须是红宝石或氦氖混合气体和谐振腔。
量子物理试题及答案
量子物理试题及答案1. 请解释普朗克常数在量子力学中的作用。
答案：普朗克常数是量子力学中一个基本常数，它标志着能量与频率之间的联系。
在量子力学中，普朗克常数用于描述粒子的能量量子化，即粒子的能量只能以普朗克常数的整数倍进行变化。
2. 描述海森堡不确定性原理。
答案：海森堡不确定性原理指出，粒子的位置和动量不能同时被精确测量。
具体来说，粒子的位置不确定性与动量不确定性的乘积至少等于普朗克常数除以2π。
3. 什么是波函数坍缩？答案：波函数坍缩是指在量子力学中，当进行测量时，系统从一个不确定的量子态（波函数描述的状态）转变为一个确定的经典态的过程。
4. 简述薛定谔的猫思想实验。
答案：薛定谔的猫是一个思想实验，用来说明量子力学中的超位置原理。
在这个实验中，一只猫被放置在一个封闭的盒子里，盒子内还有一个装有毒气的瓶子和一个放射性原子。
如果原子衰变，毒气瓶就会打开，猫就会被毒死。
在没有观察之前，猫处于既死又活的超位置状态。
只有当观察者打开盒子时，猫的状态才会坍缩为一个确定的状态。
5. 什么是量子纠缠？答案：量子纠缠是量子力学中的一种现象，指的是两个或多个粒子之间存在一种特殊的关联，使得即使它们相隔很远，一个粒子的状态也会立即影响到另一个粒子的状态。
6. 解释泡利不相容原理。
答案：泡利不相容原理指出，在同一个原子内，两个电子不能具有相同的四个量子数（主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数）。
这个原理解释了原子的电子排布和元素周期表的结构。
7. 描述量子隧穿效应。
答案：量子隧穿效应是指粒子能够穿越一个在经典物理学中不可能穿越的势垒。
这种现象是由于量子力学中的波函数具有非零的概率在势垒的另一侧存在，即使粒子的能量低于势垒的高度。
8. 什么是量子比特？答案：量子比特，又称为量子位，是量子计算中的基本信息单位。
与经典比特不同，量子比特可以处于0和1的叠加态，这使得量子计算机能够同时处理大量信息。
9. 简述狄拉克方程。
大学物理第十六章 量子物理基础参考答案
量子物理基础参考答案一、选择题参考答案：1. (D)；2. (C)；3. (D)；4. (C)；5. (C)；6. (A)；7. (A)；8. (D)；9. (C)；10. (C)；11.( D)；12.( E)；13. (C)；14. (C)；15. (A)；16. (D)；17.( C)；18. (B)；19. (A)；20. (C)；21. (D)；22.( A)；23. (A)；24. (D)；25. (B)；26. (C)；27. (C)；28. (D)；29.( A)；30.(D)；二、填空题参考答案：1、J 261063.6-⨯，1341021.2--⋅⋅⨯s m kg2、>，>3、14105⨯，24、θφcos cos P c v hc hv +'=5、2sin 2sin 2212ϕϕ6、π，︒07、定态，（角动量）量子化，跃迁8、（1）4 , 1 （2）4 ,39、10 ,310、6.13 , 4.311、912、1:1, 1:413、122U em he14、m 101045.1-⨯, m 291063.6-⨯15、231033.1-⨯， 不能16、241063.6-⨯17、≥18、（1）粒子在t 时刻在()z y x ,,处出现的概率密度；（2）单值、有限、连续；（3）12*=ψ=ψψ⎰⎰⎰⎰dxdydz dV V19、不变20、a x n a π2sin 2， dx a x n a a π230sin 2⎰三、计算题参考答案：1、解： 由光电效应方程可得V 45.1=-=eW h U a ν m/s 1014.725max ⨯==meU a v 2、解： 氢原子从基态1=f n 激发到3=i n 的能级需要的能量为 eV 1.12Δ13=-=E E E对应于从3=i n 的激发态跃迁到基态1=f n 的三条谱线的光子能量和频率分别为 Hz 1092.2eV 1.12 :1315⨯===→=νE n n f iHz 1046.2eV 2.10 Hz1056.4eV 89.1 :12315221411⨯==⨯===→=→=ννE E n n n f i3、解： 经电场加速后，电子的动量为meU p 2=根据德布罗意关系，有m 1023.111-⨯==Ph λ 4、解： 一维无限深阱中概率密度函数（定态）为)2cos 1(1sin 2)(*)()(2ax n a a x n a x x x ππψψρ-=== 当12cos -=a x n π时，即 ,212,,.23,2212a nk n a n a a n k x +=+=时，发现粒子的概率最大．当∞→n 时，趋近于经典结果．。
《大学物理》量子物理基础一
0
hc
Байду номын сангаас
0
hc
1
1.68×10-16 J )
EK 0
hc (
0
1
答案 （B） 分析：遏止电压与入射光 的频率成线性关系，与光 的强度无关
光 强 较 强 光 强 较 弱
Ua
O
U
3. 康普顿效应的主要特点是 ［ D ］ (A) 散射光的波长均比入射光的波长短，且随散射角增大 而减小，但与散射体的性质无关． (B) 散射光的波长均与入射光的波长相同，与散射角、散 射体性质无关． (C) 散射光中既有与入射光波长相同的，也有比入射光波 长长的和比入射光波长短的.这与散射体性质有关． (D) 散射光中有些波长比入射光的波长长，且随散射角增 大而增大，有些散射光波长与入射光波长相同．这都与散 射体的性质无关． 康普顿效应：X射线被较轻物质散射后光的成分，发现散射
U a kv U 0
U a 0时，对应的v为红限频率
v 5 10 Hz
14
|Ua| (V) 2 -2 5 10
×1014 Hz)
Uo A vo k h
2V 14 A eU 0 ekv0 5 10 ( Hz )e 2eV 14 5 10 Hz
5.如图3所示，一频率为v的入射光子与起始静止的自由电子发生 碰撞和散射．如果散射光子的频率为v′，反冲电子的动量为p， 则在与入射光子平行的方向上的动量守恒定律的分量形式为 h (h cos ) p cos ____________________________ ． c c ′
光子的能量： 光子的动量：
hv mc
大学物理《近代篇·量子物理》复习题及答案
（2）计算在 n(x,t) 上，测和所得结果；
第二十五页，编辑于星期六：二十一点 四十四 分。
（3）写出粒子的几率密度分布函数； （4）求粒子在基态和第 2 激发态时的最可
几位置。
解：(1)基态能量
E
1
π2h2 2m L 2
第4 激发态能量即
E
5
52
E1
25π 2m
2h2 L2
(2)x 0L n x ndx
1 2
m
v
2
(D)A=QS; h=QS/OS .
O P
Q Sn
[]
第五页，编辑于星期六：二十一点 四十四分。
5.用频率为n 1 的单色光照射某种金属时，测
的光电子的最大动能为 Ek1；用频率为n 2 的单 色光照射另一种金属时，测的光电子的最大 动能为 Ek2，若 Ek1> Ek2 则： （A） n 1 一定大于 n 2 ；
长分别为(P ,n ,);(P ' ,n ' ,' ),反冲电子动量为
m 0 v(如图）
由D 2h sin 2 ,已知
m0c 2
2
P'
P
q
mv
第二十二页，编辑于星期六：二十一点 四十四 分。
' h 0.0724 (nm ) P '
mec
P
根据：h n E k h n ' ,
q
证明：由E k m c2 m 0 c2 ,
m E k m 0 c2 c2
第三十页，编辑于星期六：二十一点 四十四分。
c2
P2
E
2
E
2 0
,
P 1 c
E
2
2024高考物理量子物理学专题练习题及答案
2024高考物理量子物理学专题练习题及答案一、选择题1. 下列说法正确的是：A. 电子云中的电子运动呈连续轨道。
B. 电子在原子核周围的轨道上运动速度是恒定的。
C. 电子在原子核周围的轨道上运动具有不确定性。
D. 电子在原子核周围的轨道上运动具有确定的轨迹。
答案：C2. 根据波粒二象性原理，下列说法正确的是：A. 波动性只存在于光学现象中。
B. 微观粒子既具有波动性又具有粒子性。
C. 微观粒子只具有波动性，不具有粒子性。
D. 微观粒子只具有粒子性，不具有波动性。
答案：B3. 某氢原子的能级为-13.6电子伏特，当电子从第3能级跃迁到第2能级时，所辐射的光子的能量为：A. 10.2电子伏特B. 12.1电子伏特C. 1.89电子伏特D. 2.04电子伏特答案：D二、填空题1. 根据不确定性原理，测量一个粒子的位置和动量越准确，就会越大地影响到它的 _______。
答案：状态2. 量子力学中，电子在原子内的运动状态由 _______ 表示。
答案：波函数3. 量子力学中，电子的能级用 _______ 表示。
答案：量子数三、简答题1. 什么是量子力学？请简述其基本原理。
答：量子力学是描述微观粒子行为的物理理论。
其基本原理包括波粒二象性原理和不确定性原理。
波粒二象性原理指出微观粒子既具有波动性又具有粒子性，可以用波函数来描述其运动状态。
不确定性原理指出无法同时准确地确定粒子的位置和动量，测量一个物理量会对另一个物理量产生不可忽略的影响。
2. 请简述量子力学中的量子力学态和测量问题。
答：量子力学态是用波函数表示的一种描述微观粒子运动状态的数学表示。
波函数包含了粒子的位置信息和概率分布。
在量子力学中，测量问题指的是测量粒子的某个物理量时，由于波粒二象性原理和不确定性原理的存在，测量结果只能是一系列可能的取值，并且每个取值的概率由波函数给出。
四、综合题某物理学家正在研究一个单电子系统，该系统可以用简化的一维势场模型来描述。
上海理工 大学物理 第十三章 量子力学基础1答案
(黑体辐射、光电效应、康普顿效应、玻尔理论、波粒二象性、波函数、不确定关系)一. 选择题[ D]1. 当照射光的波长从4000 Å变到3000 Å时，对同一金属，在光电效应实验中测得的遏止电压将：(A) 减小0.56 V．(B) 减小0.34 V．(C) 增大0.165 V．(D) 增大1.035 V．［］(普朗克常量h =6.63×10-34 J·s，基本电荷e =1.60×10-19 C)解题要点:)()(1212λλccehvvehUa-=-=∆∴[ C]2. 下面四个图中，哪一个正确反映黑体单色辐出度M Bλ(T)随λ 和T的变化关系，已知T2 > T1．解题要点:斯特藩-玻耳兹曼定律：黑体的辐射出射度M0(T)与黑体温度T的四次方成正比，即.M0 (T)随温度的增高而迅速增加维恩位移律：随着黑体温度的升高，其单色辐出度最大值所对应的波长mλ向短波方向移动。
[ D]3. 在康普顿散射中，如果设反冲电子的速度为光速的60％，则因散射使电子获得的能量是其静止能量的(A) 2倍．(B) 1.5倍．(C) 0.5倍．(D) 0.25倍．解题要点:(B)因散射使电子获得的能量：202c m mc K -=ε 静止能量：20c m[ C ]4. 根据玻尔的理论，氢原子在n =5轨道上的动量矩与在第一激发态的轨道动量矩之比为(A) 5/4． (B) 5/3．(C) 5/2． (D) 5．解题要点:L = m e v r = n 第一激发态n ＝2[ B ]5. 氢原子光谱的巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比为 (A) 7/9． (B) 5/9． (C) 4/9． (D) 2/9．解题要点:从较高能级回到n=2的能级的跃迁发出的光形成巴耳末系l h E E h -=νc =λν23max E E ch-=λ2min E E ch-=∞λ[ B ]6. 具有下列哪一能量的光子，能被处在n = 2的能级的氢原子吸收？ (A) 1.51 eV ． (B) 1.89 eV ．(C) 2.16 eV ． (D) 2.40 eV ．解题要点:26.13n eV E n -=l h E E h -=ν=⎪⎭⎫⎝⎛---2226.136.13eV n eV[ D ]7. 将波函数在空间各点的振幅同时增大D 倍，则粒子在空间的分布概率将 (A) 增大D 2倍． (B) 增大2D 倍． (C) 增大D 倍． . (D) 不变．解题要点:注意与各点的概率密度区分开来.二. 填空题姓名 __________ 学号 ____________ 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十三章1. 康普顿散射中，当散射光子与入射光子方向成夹角φ =___π___时，散射光子的频率小得最多；当φ = ___0___ 时，散射光子的频率与入射光子相同．解题要点:频率小得最多即波长改变量最大2. 氢原子基态的电离能是 __13.6__eV ．电离能为+0.544 eV 的激发态氢原子，其电子处在n =__5__ 的轨道上运动．解题要点:电离能是指电子从基态激发到自由状态所需的能量. ∴氢原子基态的电离能E =1E E -∞=⎪⎭⎫⎝⎛--∞-2216.136.13eV eV E =n E E -∞ 即 +0.544 eV=26.13neV3. 测量星球表面温度的方法之一，是把星球看作绝对黑体而测定其最大单色辐出度的波长λm ，现测得太阳的λm 1 = 0.55 μm ，北极星的λm 2 = 0.35 μm ，则太阳表面温度T 1与北极星表面温度T 2之比T 1:T 2 =___7:11___．解题要点:由维恩位移定律: T m λ=b∴m λ∝T1 即21T T =12m m λλ 4. 令)/(c m h e c =λ(称为电子的康普顿波长，其中e m 为电子静止质量，c 为真空中光速，h 为普朗克常量)．当电子的动能等于它的静止能量时，它的德布罗意波长是λ =___33___λc ．解题要点:电子的动能：22c m mc e K -=ε 静止能量：2c m e22c m mc e K -=ε＝2c m e221cu m m e -=21⎪⎭⎫ ⎝⎛-===c u u m h m u h p h e λ 5. 若太阳（看成黑体）的半径由R 增为2 R ，温度由T 增为2 T ，则其总辐射功率为原来的__64__倍．解题要点:由斯特藩-玻耳兹曼定律：太阳的总辐射功率:024M R M ⋅=π424T R σπ⋅=6. 波长为0.400μm 的平面光波朝x 轴正向传播．若波长的相对不确定量∆λ / λ =10-6，则光子动量数值的不确定量 ∆p x =___s m kg /1066.133⋅⨯-_ _，而光子坐标的最小不确定量∆x =___0.03m___．解题要点:λh p =λλλλλ∆⋅=∆=∆h h p 2三. 计算题1. 图中所示为在一次光电效应实验中得出的曲线(1) 求证：对不同材料的金属，AB 线的斜率相同．(2) 由图上数据求出普朗克恒量h ．解:(1)由得A h U e a -=ν e A e h U a /-=ν 常量==e h d U d a ν/ ∴对不同金属,曲线的斜率相同 (2)s J eetg h ⋅⨯=⨯--==-3414104.610)0.50.10(00.2θ |14Hz)姓名 __________ 学号 ____________ 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十三章 2. 用波长λ0 =1 Å的光子做康普顿实验． (1) 散射角φ＝90°的康普顿散射波长是多少？ (2) 反冲电子获得的动能有多大？(普朗克常量h =6.63×10-34 J ·s ，电子静止质量m e =9.11×10-31 kg)解:(1)λλλ∆+=0m 1010024.1-⨯=(2)根据能量守恒:∴反冲电子获得动能:202c m mc K -=εννh h -=0λλchch-=0)(00λλλλ∆+∆=hceV J 2911066.417=⨯=-3. 实验发现基态氢原子可吸收能量为 12.75 eV 的光子． (1) 试问氢原子吸收该光子后将被激发到哪个能级？(2) 受激发的氢原子向低能级跃迁时，可能发出哪几条谱线？请画出能级图(定性)，并将这些跃迁画在能级图上．解:(1)l h E E h -=ν=⎪⎭⎫⎝⎛---2216.136.13eV n eV =12.75 n=4(2)可以发出41λ、31λ、21λ、43λ、42λ、32λ六条谱线4. 质量为m e 的电子被电势差U 12 = 100 kV 的电场加速，如果考虑相对论效应，试计算其德布罗意波的波长．若不用相对论计算，则相对误差是多少？(电子静止质量m e =9.11×10-31 kg ，普朗克常量h =6.63×10-34 J ·s ，基本电荷e =1.60×10-19 C)n=1n=2n=3n=4解：考虑相对论效应：22c m mc e K -=ε=12eU221cu m m e -=21⎪⎭⎫ ⎝⎛-===c u u m h m u h p h e λ＝)2(21212c m eU eU hc e +＝3.71m 1210-⨯若不用相对论计算：221u m e =12eU u m h p h e =='λ=122eU m he =3.88m 1210-⨯ 相对误差：λλλ-'＝4.6﹪5. 一电子处于原子某能态的时间为10-8 s ，计算该能态的能量的最小不确定量．设电子从上述能态跃迁到基态所对应的光子能量为3.39 eV ，试确定所辐射的光子的波长及此波长的最小不确定量．( h = 6.63×10-34 J ·s )解：根据不确定关系式≥∆E t∆2 ＝5.276J 2710-⨯＝3.297eV 810-⨯ 根据光子能量与波长的关系==νh E λchEc h=λ＝3.67m 710-⨯ 波长的最小不确定量为2EE hc∆=∆λ＝7.13m 1510-⨯ [选做题]1. 动量为p的原子射线垂直通过一个缝宽可以调节的狭缝S ，与狭缝相距D 处有一接收屏C ，如图．试根据不确定关系式求狭缝宽度a 等于多大时接收屏上的痕迹宽度可达到最小．解：由不确定关系式 2≥∆∆y p y姓名 __________ 学号 ____________ 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十三章而 a y =∆，θsin p p y =∆ 则有 pa2sin ≥θ 由图可知，屏上痕迹宽带不小于 paD a D a y+=+=θsin 2 由0=da dy可得 pD a= 且这时 022>dayd 所以狭缝的宽度调到p D a =时屏上痕迹的宽度达到最小。
量子期末试题及答案
量子期末试题及答案第一部分：选择题1.下列哪项是描述量子力学的准确说法？a) 量子力学是一种经典物理学理论；b) 量子力学描述了微观粒子的行为；c) 量子力学只适用于宏观物体；d) 量子力学只适用于电磁学领域。
答案：b) 量子力学描述了微观粒子的行为。
2.下列哪个选项是量子力学的基本假设之一？a) 波粒二象性；b) 相对论；c) 牛顿定律；d) 热力学定律。
答案：a) 波粒二象性。
3.对于一个量子系统，其波函数的平方表示什么？a) 粒子的位置；b) 粒子的动量；c) 粒子的波动性；d) 粒子的能量。
答案：c) 粒子的波动性。
4.下列哪项是量子纠缠的特点？a) 粒子之间的状态不相关；b) 粒子之间的状态不确定；c) 粒子之间的状态相关；d) 粒子之间的状态独立。
答案：c) 粒子之间的状态相关。
5.量子力学中的观测算子对应于什么？a) 粒子的位置；b) 粒子的动量；c) 粒子的能量；d) 物理量的测量结果。
答案：d) 物理量的测量结果。
第二部分：简答题1.量子隧穿现象是什么？请简要解释。
答：量子隧穿现象是指在经典物理学中，粒子在能量不足以越过势垒时不可通行，而在量子力学中，粒子可以通过隧穿效应越过势垒。
这是由于波粒二象性的特性，波函数在势垒区域内会有一定的概率分布，因此粒子以概率的形式通过势垒，即使其能量低于势垒高度。
2.什么是量子比特？请简要解释。
答：量子比特（qubit）是量子计算的最小信息单位，类似于经典计算机中的比特（bit）。
而不同之处在于，量子比特允许同时处于多个状态的叠加态，而比特只能处于0或1状态。
量子比特的叠加态可以通过量子叠加原理进行并行计算，从而在某些计算问题上具有优势。
第三部分：计算题1.一粒子处于基态和第一激发态的叠加态上，其波函数可以表示为|ψ⟩=a|0⟩+b|1⟩，其中a和b为复数，且|a|^2+|b|^2=1。
若进行测量得到粒子处于基态的概率为1/3，则计算a和b的值。
《大学物理II》作业-No.07量子力学的基本原理及其应用-C-参考答案
《大学物理II 》作业 No.07 量子力学的基本原理及其应用（C 卷）班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、选择题(8小题）1、下列说法不正确的是 [ B ](A)德布罗意提出了物质波假说； (B)爱因斯坦提出了概率波假说； (C)海森堡提出了不确定关系； (D)波尔提出了互补原理。
解： 《大学物理学》下册第二版（张晓 王莉 主编）160页，玻恩于1926年用概率波的概念来解释微观粒子的波动性与粒子性的关联，所以B 的说法不对。
故选B2．如图所示，一束动量为p 的电子，通过缝宽为a 的狭缝。
在距离狭缝为R 处放置一荧光屏，屏上衍射图样中央最大的宽度d 等于 ［ D ］(A) 2a 2/R (B) 2ha /p(C) 2ha /(Rp )(D) 2Rh /(ap )解：根据单缝衍射中央明纹线宽度有()222hp Rhd R R ap a aλ=⨯⨯=⨯⨯= 故选D3. 我们不能用经典力学中的轨道运动来描述微观粒子，是因为： [ C ] （1）微观粒子的波粒二象性 （2）微观粒子的位置不能确定（3）微观粒子的动量不能确定 （4）微观粒子的位置和动量不能同时确定 (A) （1）（3） （B ）（2）（3） (C)（1）（4） (D)（2）（4） 解：《大学物理学》下册第二版（张晓 王莉 主编）161-162页。
由于微观粒子的波粒二象性，使其运动具有一种不确定性。
不确定关系式 ≥∆⋅∆x p x 表明，微观粒子的位置和动量不能同时确定。
故选C4. 已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为：()()2cos 0x x x a aπψ=<<那么粒子在/3x a =处出现的概率密度为［ A ］ (A)a 21 (B) a1(C) a21 (D) a1解：任意位置概率密度()2222cos x x a aπψ=，将/3x a =代入，得 ()22221cos 32a x a a aπψ=⋅= 故选A5．锂(Z =3)原子中含有3个电子，电子的量子态可用(n ，l ，m l ，m s )四个量子数来描述，若已知基态锂原子中一个电子的量子态为(1，0，0，21)，则其余电子的量子态不可能为[ C ] (A) (1，0，0，21-) (B) (2，0，0，21-)(C) (2，1，1，21)(D) (2，0，0，21)解：根据泡利不相容原理和能量最小原理知，处于基态的锂原子中其余两个电子的量子态分别为 （1，0，0，21-）和 （2，0，0，21）或 （2，0，0，21-）， 故选C6．一个光子和一个电子具有同样的波长，关于二者动量的大小比较，有: [ B ] (A) 光子具有较大的动量 (B ）他们具有相同的动量 (C ）电子具有较大的动量 （D ）它们的动量不能确定解：根据德布罗意公式和爱因斯坦光量子理论，知B 正确。
大学物理量子力学习题答案解析
一、简答题（1——8题，每题5分，共40分）1. 用球坐标表示，粒子波函数表为()ϕθψ,,r 。
写出粒子在),(ϕθ方向的立体角Ωd 中且半径在a r <<0范围内被测到的几率。
解：()⎰Ω=adrr r d P 022,,ϕθψ。
2. 写出三维无限深势阱⎩⎨⎧∞<<<<<<=其余区域,0,0,0,0),,(cz b y a x z y x V中粒子的能级和波函数。
解：能量本征值和本征波函数为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++222222222c n b n a n mE z yx n n n zy x π ，,3,2,1,00,0,0,sin sin sin 8),,(=⎪⎩⎪⎨⎧<<<<<<=n c z b y a x czn b y n a x n abc z y x z y x n n n z y x 其余区域πππψ3. 量子力学中，一个力学量Q 守恒的条件是什么？用式子表示。
解：有两个条件：0],[,0==∂∂H Q t Q。
4.）（z L L ,2 的共同本征函数是什么？相应的本征值又分别是什么？解：()zL L,2的共同本征函数是球谐函数),(ϕθlmY。
),(),(,),()1(),(22ϕθϕθϕθϕθlm lm z lm lm Y m Y L Y l l Y L =+=。
5. 量子力学中，体系的任意态)(x ψ可用一组力学量完全集的共同本征态)(x n ψ展开：∑=nn n x c x )()(ψψ，写出展开式系数n c 的表达式。
解： ()dxx x x x c n n n ⎰==)()()(,)(*ψψψψ。
6. 一个电子运动的旋量波函数为()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2,2,,r r s r z ψψψ，写出表示电子自旋向上、位置在r处的几率密度表达式，以及表示电子自旋向下的几率的表达式。
解：电子自旋向上（2 =z s ）、位置在r 处的几率密度为()22/, r ψ；电子自旋向下（2 -=z s ）的几率为()232/,⎰-r r d ψ。
原子量子物理试题及答案
原子量子物理试题及答案一、选择题（每题4分，共40分）1. 量子力学中，波函数的平方代表粒子在空间中的概率密度，以下哪个选项正确描述了波函数的性质？A. 波函数是实数B. 波函数是复数C. 波函数是实数或复数D. 波函数是复数，但概率密度是实数答案：D2. 根据海森堡不确定性原理，以下哪个物理量对的不确定性乘积不可能小于一个常数？A. 位置和动量B. 能量和时间C. 电荷和电流D. 电压和电流答案：A3. 氢原子的能级公式为E_n = -13.6 eV / n^2，其中n是主量子数。
当n=1时，氢原子的能级是多少？A. -13.6 eVB. -3.4 eVC. -6.8 eVD. -27.2 eV答案：A4. 以下哪个选项正确描述了泡利不相容原理？A. 同一原子内，两个电子可以有相同的主量子数和自旋量子数B. 同一原子内，两个电子可以有相同的主量子数和轨道量子数，但自旋量子数必须不同C. 同一原子内，两个电子不能有相同的四个量子数D. 同一原子内，两个电子可以有相同的主量子数和自旋量子数，但轨道量子数必须不同答案：C5. 量子力学中的隧道效应是指粒子能够穿越势垒的现象，以下哪个选项正确描述了隧道效应？A. 只有质量非常小的粒子才能发生隧道效应B. 隧道效应只发生在宏观尺度C. 隧道效应是经典物理学可以解释的现象D. 隧道效应是量子力学特有的现象答案：D6. 以下哪个选项正确描述了电子的自旋？A. 自旋是电子围绕自身轴线的旋转B. 自旋是电子的内禀角动量C. 自旋是电子的轨道角动量D. 自旋是电子的磁矩答案：B7. 以下哪个选项正确描述了光的波粒二象性？A. 光有时表现为波动，有时表现为粒子B. 光同时具有波动性和粒子性C. 光的波动性只在宏观尺度上表现，粒子性只在微观尺度上表现D. 光的波动性和粒子性是相互独立的答案：B8. 根据德布罗意波长公式λ = h/p，以下哪个选项正确描述了波长和动量的关系？A. 动量越大，波长越长B. 动量越大，波长越短C. 动量越小，波长越长D. 动量越小，波长越短答案：B9. 以下哪个选项正确描述了量子纠缠？A. 两个粒子的量子态可以独立描述B. 两个粒子的量子态不能独立描述，必须作为一个整体来描述C. 两个粒子的量子态可以独立描述，但它们之间存在某种联系D. 两个粒子的量子态不能独立描述，但它们之间没有联系答案：B10. 以下哪个选项正确描述了量子力学中的测量问题？A. 测量不会影响量子系统的状态B. 测量会导致量子系统状态的塌缩C. 测量不会改变量子系统的波函数D. 测量会导致量子系统状态的连续变化答案：B二、填空题（每题4分，共20分）11. 量子力学中，波函数的归一化条件是∫|ψ|^2 dτ = ________。
2023高考物理量子力学练习题及答案
2023高考物理量子力学练习题及答案一、单项选择题1. 根据量子力学的原理，下列哪个量是离散的？A. 电子的动量B. 电子的位置C. 粒子的质量D. 粒子的速度答案：B2. 在量子力学中，波粒二象性指的是什么？A. 粒子存在着波动性B. 粒子的波动速度与光速相等C. 粒子的波动性与粒子性同时存在D. 粒子的波动性只存在于空间中答案：C3. 下列哪个现象不能用经典物理学解释？A. 光的干涉与衍射现象B. 光电效应C. 康普顿效应D. 高速电子的波动性答案：D4. 以下哪项不是量子力学的基本假设之一？A. 波函数包含了粒子的全部信息B. 波函数的平方描述了粒子在不同位置出现的概率C. 粒子的位置和速度可以同时确定D. 波函数的演化遵循薛定谔方程答案：C5. 根据薛定谔方程，粒子波函数的时间演化是：A. 线性的B. 非线性的C. 随机的D. 不可逆的答案：A二、计算题1. 一束入射光照射到金属表面，发生了光电效应。
入射光的波长为550 nm，逸出功为2 eV，求最大能量的光电子的动能。
答案：入射光的能量E = hc/λ = (6.63 × 10^-34 J·s × 3.00 × 10^8 m/s) / (550 ×10^-9 m) = 1.20 × 10^-19 J最大动能K = E - φ = 1.20 × 10^-19 J - (2 × 1.60 × 10^-19 J) = -0.40 ×10^-19 J2. 一束入射电子的波长为1 nm，通过一个宽度为1 μm的狭缝后，到达屏幕上的交叉区域。
求交叉区域的宽度。
答案：交叉区域的宽度Δx = λL / d，其中L为屏幕到狭缝的距离，d为狭缝的宽度。
根据德布罗意关系，电子的波长λ = h / mv，其中h为普朗克常量，m为电子质量，v为电子速度。
将已知值代入计算，可得Δx ≈ (6.63 × 10^-34 J·s) / (9.1 × 10^-31 kg × 1 × 10^6 m/s) × (1 × 10^-9 m) / (1 × 10^-6 m) ≈ 7.3 × 10^-6 m三、解答题1. 请简要阐述波粒二象性的概念，并说明量子力学中的波函数是如何描述粒子的。
量子物理试题及答案
量子物理试题及答案一、单项选择题（每题3分，共30分）1. 量子力学中，波函数的平方绝对值表示的是（）。
A. 粒子的动量B. 粒子的能量C. 粒子在空间中出现的概率密度D. 粒子的电荷答案：C2. 根据海森堡不确定性原理，以下哪一项是正确的（）。
A. 粒子的位置和动量可以同时被精确测量B. 粒子的位置和动量不能同时被精确测量C. 粒子的能量和时间可以同时被精确测量D. 粒子的能量和时间不能同时被精确测量答案：B3. 薛定谔方程描述的是（）。
A. 粒子的动能B. 粒子的势能C. 粒子的波函数随时间的变化D. 粒子的动量随时间的变化答案：C4. 量子力学中，哪个物理量是守恒的（）。
A. 位置B. 动量C. 能量D. 时间答案：C5. 以下哪个实验证实了光的粒子性（）。
A. 双缝干涉实验B. 光电效应实验C. 康普顿散射实验D. 迈克尔逊-莫雷实验答案：B6. 量子力学中，哪个原理描述了波函数的时间演化（）。
A. 薛定谔方程B. 泡利不相容原理C. 海森堡不确定性原理D. 狄拉克方程答案：A7. 量子力学中，哪个原理描述了电子在原子中的排布（）。
A. 薛定谔方程B. 泡利不相容原理C. 海森堡不确定性原理D. 狄拉克方程答案：B8. 量子力学中，哪个原理描述了粒子的波粒二象性（）。
A. 德布罗意波长B. 康普顿散射C. 光电效应D. 泡利不相容原理答案：A9. 量子力学中，哪个方程描述了粒子的自旋（）。
A. 薛定谔方程B. 泡利方程C. 海森堡方程D. 狄拉克方程答案：D10. 量子力学中，哪个原理描述了粒子的全同性（）。
A. 薛定谔方程B. 泡利不相容原理C. 费米-狄拉克统计D. 玻色-爱因斯坦统计答案：B二、填空题（每题4分，共20分）11. 量子力学中的波函数必须满足________条件，即波函数的平方绝对值必须在整个空间中积分为1。
答案：归一化12. 量子力学中的波函数ψ(r, t)可以表示为时间无关波函数ψ(r)和时间依赖因子的乘积，即ψ(r, t) = ψ(r) × ________。
大学物理习题答案 第17章 量子物理学基础
第17章 量子物理学基础 参考答案一、选择题1(D)，2(D)，3(C)，4(B)，5(A)，6(C)，7(C)，8(C)，9(D)，10(C) 二、填空题(1)． λ/hc ，λ/h ，)/(λc h . (2)． 2.5，4.0×1014 . (3)． A /h ，))(/(01νν-e h . (4)． π，0 . (5)．3/1 (6)． 1.66×10-33 kg ·m ·s -1 ，0.4 m 或 63.7 mm . (7)． 1， 2. (8)．粒子在t 时刻在(x ，y ，z )处出现的概率密度. 单值、有限、连续.1d d d 2=⎰⎰⎰z y x ψ(9). 2， 2×(2l +1)， 2n 2. (10). 泡利不相容， 能量最小. 三 计算题1. 用辐射高温计测得炼钢炉口的辐射出射度为22.8 W ·cm -2，试求炉内温度．（斯特藩常量σ = 5.67×10-8 W/(m 2·K 4) ）解：炼钢炉口可视作绝对黑体，其辐射出射度为M B (T ) = 22.8 W ·cm -2＝22.8×104 W ·m -2由斯特藩──玻尔兹曼定律 M B (T ) = σT 4 ∴ T = 1.42×103 K2．已知垂直射到地球表面每单位面积的日光功率（称太阳常数）等于1.37×103 W/m 2． (1) 求太阳辐射的总功率． (2) 把太阳看作黑体，试计算太阳表面的温度．（地球与太阳的平均距离为1.5×108 km ，太阳的半径为6.76×105 km ，σ = 5.67×10-8 W/(m 2·K 4)）解： (1) 太阳在单位时间内辐射的总能量 E = 1.37×103×4π(R SE )2 = 3.87×1026 W(2) 太阳的辐射出射度 =π=204Sr EE 0.674×108 W/m 2 由斯特藩－玻尔兹曼定律 40T E σ=可得 5872/40==σE T K3．图中所示为在一次光电效应实验中得出的曲线(1) 求证：对不同材料的金属，AB 线的斜率相同． (2) 由图上数据求出普朗克恒量h ． (基本电荷e =1.60×10-19C)解：(1) 由 A h U e a -=ν 得 e A e h U a //-=ν|14Hz)e h U a /d /d =ν (恒量) 由此可知，对不同金属，曲线的斜率相同． (2) h = e tg θ 1410)0.50.10(00.2⨯--=e= 6.4×10-34J ·s4. 波长为λ的单色光照射某金属M 表面发生光电效应，发射的光电子(电荷绝对值为e ，质量为m )经狭缝S 后垂直进入磁感应强度为B的均匀磁场(如图示)，今已测出电子在该磁场中作圆运动的最大半径为R ．求(1) 金属材料的逸出功A ； (2) 遏止电势差U a ．解：(1) 由 R m eB /2v v = 得 m R e B /)(=v ，代入 A m h +=221v ν 可得 222221mB e mR hc A ⋅-=λ m B e R hc 2222-=λ (2) 221v m U e a =， m eB R e m U a 22222==v .5．光电管的阴极用逸出功为A = 2.2 eV 的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电势差为| U a | = 5.0 V ，试求：(1) 光电管阴极金属的光电效应红限波长； (2) 入射光波长．（普朗克常量h = 6.63×10-34 J ·s ， 基本电荷e = 1.6×10-19 C ）解：(1) 由 00/λνhc h A == ==Ahc0λ 5.65×10-7 m = 565 nm(2)a U e m =221v , A U e hc h a +==λν 得 =+=AU e hca λ 1.73×10-7 m = 173 nm6．α粒子在磁感应强度为B = 0.025 T 的均匀磁场中沿半径为R =0.83 cm 的圆形轨道运动． (1) 试计算其德布罗意波长．(2) 若使质量m = 0.1 g 的小球以与α粒子相同的速率运动．则其波长为多少？(α粒子的质量m α =6.64×10-27 kg ，普朗克常量h =6.63×10-34 J ·s ，基本电荷e =1.60×10-19 C)解：(1) 德布罗意公式：)/(v m h =λ由题可知α 粒子受磁场力作用作圆周运动R m B q /2v v α=，qRB m =v α又 e q 2= 则 e R B m 2=v α故 nm 1000.1m 1000.1)2/(211--⨯=⨯==eRB h αλB× × × × ×(2) 由上一问可得 αm eRB /2=v 对于质量为m 的小球 αααλλ⋅=⋅==mm m m eRB hm h 2v =6.64×10-34 m7. 一电子处于原子某能态的时间为10-8 s ，计算该能态的能量的最小不确定量．设电子从上述能态跃迁到基态所对应的光子能量为3.39 eV ，试确定所辐射的光子的波长及此波长的最小不确定量．( h = 6.63×10-34 J ·s )解：根据不确定关系式 ∆E ∆t ≥ 得∆E ≥ /∆t = 0.659×10-7 eV根据光子能量与波长的关系 λν/hc h E ==得光子的波长 ==E hc /λ 3.67×10-7 m波长的最小不确定量为 ∆λ = hc ∆E /E 2 = 7.13×10-15 m8．已知粒子处于宽度为a 的一维无限深方势阱中运动的波函数为 ax n a x n π=sin 2)(ψ ， n = 1, 2, 3, … 试计算n = 1时，在 x 1 = a /4 →x 2 = 3a /4 区间找到粒子的概率．解：找到粒子的概率为⎰4/34/1*1d )()(a a x x x ψψ⎰π=4/34/2d sin 2a a x a x a π+=+ππ=121)12(1＝0.818四 研讨题1. 人体也向外发出热辐射，为什么在黑暗中还是看不见人？参考解答：人体辐射频率太低，远离可见光波段。
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电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（量子物理基础）作业 6
一 选择题
1. 以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流曲线在图中用实线表示，然后保持光的频率不变，增大照射光的强度，测出其光电流曲线在图中用虚线表示，满足题意的图是
［ B ］
2. 用X 射线照射物质时，可以观察到康普顿效应，即在偏离入射光的各个方向上观察到散射光，这种散射光中 (A)只包含有与入射光波长相同的成分。
(B)
既有与入射光波长相同的成分，也有波长变长的成分，波长的变化只与散射方向有关，与散射物质无关。
(C)
既有与入射光相同的成分，也有波长变长的成分和波长变短的成分，波长的变化既与散射方向有关，也与散射物质有关。
(D)只包含着波长变长的成分，其波长的变化只与散射物质有关，与散射方向无关。
［ B ］
3. 关于不确定关系η≥∆∆x p x ()2/(π=h η)，有以下几种理解：
(1) 粒子的动量不可能确定．
(2) 粒子的坐标不可能确定．
(3) 粒子的动量和坐标不可能同时准确地确定．
(4) 不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子．
其中正确的是：
(A) (1)，(2). (B) (2)，(4). (C) (3)，(4). (D) (4)，(1).
［ C ］
二 填空题
1．当波长为300 nm （1 nm=10－9m ）的光照射在某金属表面时，产生的光电子动能范围为0 ～ ×10－19 J 。
此金属的遏止电压为｜U a ｜= V ；红限频率ν0= ×1014 Hz 。
【解】由于光电子的最大初动能为J m 192m 100.4v 2
1-⨯=， 由光电效应方程A m h +=2
m v 2
1ν，所以红限频率 2．在康普顿散射实验中，当出射光子与入射光子方向成夹角θ= π 时，光子的频率减小得最多；当θ= 0 时，光子的频率保持不变。
解：2020.024sin 2θ
λλλ∆=-=⨯
3．氢原子的部分能级跃迁示意如图，在这些能级跃迁中，
（1）从n= 4 的能级跃迁到n= 1 的能级时所发射的光子的波长最短；
（2）从n= 4 的能级跃迁到n= 3 的能级时所发射的光子的频率最小。
n=4
n=3
n=2
n=1
三 计算题
1．用波长λ0=1?的X 射线做康普顿散射实验。
求
（1）散射角φ=90°的康普顿散射波长是多少?，
（2）在（1）中情况下的反冲电子获得的动能是多少eV 。
（h=×10－34 J ·S ，电子静止质量m e =×10－31Kg ）
【解】
（1）由于nm c 0024.045sin 104.222
sin 22320=⨯⨯⨯==-=∆-οϕλλλλ
（2）根据能量守恒定律有 则 eV J hc hc hc
h h c m mc E e K 2911066.41700022=⨯=∆=-=-=-=-λλλλλν
ν
2．实验发现基态氢原子可以吸收能量为的光子。
（1）氢原子吸收该光子后将被激发到哪个能级？
（2）受激发的氢原子向低能级跃迁时，可能发出哪几条谱线？请定性画出能级图，并将这些跃迁画在能级图上。
解：
1122
1,12.7513.6(1)4
6E h E n n n ν=-=⋅-=由得:可能发出如图示的条谱线：
n=1。