北邮大版大学物理下册课后习题答案.

解：(1)已知逸出功A?4.2eV 据光电效应公式hv?则光电子最大动能：

12mvm?A 212hcmvm?h??A??A 2?6.63?10?34?3?108??4.2?1.6?10?19?10 2000?10?3.23?10?19J?2.0eV1(2)?eUa?Ekmax?mv2m

23.23?10?19?2.0V ∴遏止电势差 Ua?1.6?10?19c(3)红限频率?0,∴h?0?A,又?0?

Ekmax??0hc6.63?10?34?3?108?∴截止波长 ?0? ?19A4.2?1.60?10 ?2.96?10?7m?0.296?m

-715-4 在一定条件下，人眼视网膜能够对5个蓝绿光光子(??5.0?10m)产生光的感觉．此

时视网膜上接收到光的能量为多少?如果每秒钟都能吸收5个这样的光子，则到 达眼睛的功率为多大? 解：5个兰绿光子的能量

E?nh??nhc?5?6.63?10?34?3?108 ??75.0?10?1.99?10?18JE?1.99?10?18W 功率 ?t15-5 设太阳照射到地球上光的强度为8 J·s·m，如果平均波长为5000A，则每秒钟落到地面上1m2的光子数量是多少?若人眼瞳孔直径为3mm，每秒钟进入人眼的光子数是多少? 解：一个光子能量 E?h??-1

-2

οhc?

1秒钟落到1m2地面上的光子数为

88?8?5?10?7n???Ehc6.63?10?34?3?108 ?2.01?1019s?1?m?2每秒进入人眼的光子数为

N?n?d24?1.42?1014s?1?2.01?1019?3.14?32?10?6/4

15-6若一个光子的能量等于一个电子的静能，试求该光子的频率、波长、动量．

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解：电子的静止质量m0?9.11?10?31kg,h?6.63?10?34J?S 当 h??m0c2时， 则

或m0c29.11?10?31?(3?108)2??? h6.63?10?34?1.236?1020Hzοc?12???2.4271?10m?0.02A

?hp??2.73?10?22kg?m?s?1?E?cp

Em0c2p???m0c?9.11?10?31?3?108?2.73?10?22kg?m?s?1cc15-7 光电效应和康普顿效应都包含了电子和光子的相互作用，试问这两个过程有什么不同? 答：光电效应是指金属中的电子吸收了光子的全部能量而逸出金属表面，是电子处于原子中束缚态时所发生的现象．遵守能量守恒定律．而康普顿效应则是光子与自由电子(或准自由电子)的弹性碰撞，同时遵守能量与动量守恒定律．

15-8 在康普顿效应的实验中，若散射光波长是入射光波长的1.2倍，则散射光子的能量ε与反冲电子的动能Ek之比ε/Ek等于多少? 解：由 hv0?m0c2?h??mc2

Ek?mc2?m0c2?h?0?h??h(?0??)

??h?

?h??∴ ???5

Ekh(?0??)?0?????1.2由c????0?1.2 已知

??0?1?11?则???5 ?01.2?0??1.2?10.2οπ15-9 波长?0?0.708A的X射线在石腊上受到康普顿散射，求在和π方向上所散射的X射

2线波长各是多大? 解：在???2方向上：

Δ?????0?2h?sin2m0c22?6.63?10?34??sin ?3189.11?10?3?104?2.43?10在???方向上

?12m?0.0243Aοο散射波长???0?Δ??0.708?0.0248?0.732A

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ο2h2h2??12Δ?????0?sin??4.86?10m?0.0486A

m0c2m0c散射波长 ???0?Δ??0.708?0.0486?0.756A

15-10 已知X光光子的能量为0.60 MeV，在康普顿散射之后波长变化了20%，求反冲电子的

能量．

解：已知X射线的初能量?0?0.6MeV,又有

ο?0?0经散射后 ???0?????0?0.020?0?1.20?0

hc1??0

?1.2?01.21)?0.60?0.10MeV 反冲电子能量 E??0???(1?1.2此时能量为 ????hc,??0?hc

hc?15-11 在康普顿散射中，入射光子的波长为0.030 A，反冲电子的速度为0.60c，求散射光子的波长及散射角．

解：反冲电子的能量增量为

ο?E?mc?m0c?hchc22m0c21?0.62?m0c2?0.25m0c2

由能量守恒定律，电子增加的能量等于光子损失的能量， 故有 散射光子波长

?0???0.25m0c2

???h?0h?0.25m0c?06.63?10?34?126.63?10?34?0.030?10?10 ?318?10?0.25?9.1?10?3?10?0.030?10ο?4.3?10由康普顿散射公式

m?0.043A2h??sin2?2?0.0243sin2 m0c220.043?0.0302???0.2675 可得 sin22?0.0243?散射角为 ??6217?

??????0?15-12 实验发现基态氢原子可吸收能量为12.75eV 的光子． (1)试问氢原子吸收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，可发出哪几条谱线?请将这些跃迁画在能级图上． 解：(1)?13.6eV?12.75eV??0.85eV??13.6eV n2解得 n?4 或者 ?E?Rhc(11?) 221n 55

1)?12.75 n2解出 n?4

?136.(1?

题

15-12

题15-13图

(2)可发出谱线赖曼系3条，巴尔末系2条，帕邢系1条，共计6条.

15-13 以动能12.5eV 的电子通过碰撞使氢原子激发时，最高能激发到哪一能级?当回到基态时能产生哪些谱线?

解：设氢原子全部吸收12.5eV能量后，最高能激发到第n个能级，则

图

En?E1?Rhc[11?],221n1Rhc?13.6eV,即12.5?13.6[1?2]n得n?3.5，只能取整数，

∴ 最高激发到n?3，当然也能激发到n?2的能级．于是

~?R?1?1??8R,n从3?1:?1?1232?9??ο99?7?1???1.026?10m?1026A78R8?1.097?10 ο~?R?1?1??3R,??4?1216An从2?1:?2?1222?43R??ο36?11?5~n从3?2:??R?2?2??R,?3??6563A23365R??

可以发出以上三条谱线．

题15-14图

15-14 处于基态的氢原子被外来单色光激发后发出巴尔末线系中只有两条谱线，试求这两 条谱线的波长及外来光的频率．

解：巴尔末系是由n?2的高能级跃迁到n?2的能级发出的谱线．只有二条谱线说明激发后最高能级是n?4的激发态．

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