大学物理下册总复习.ppt

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1、大物下册总复习大物下册总复习（一）（一）中国石油大学东营校区中国石油大学东营校区2010年年12月月纸上得来终觉浅，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！绝知此事要躬行！量子物理基础量子物理基础一、重要基本概念：一、重要基本概念：1.普朗克量子假说普朗克量子假说:2.爱因斯坦光子理论：爱因斯坦光子理论：3.光电效应本质：光电效应本质：4.康普顿效应本质：康普顿效应本质：5.玻尔氢原子理论三条基本假设：玻尔氢原子理论三条基本假设：6.物质波物质波:7.不确定关系不确定关系:8.波函数波函数:9.9.四个量子数四个量子数:量子数名称量子数名称字母表示字母表示对状态的限制对状态的限制量子数取值范围量子数取

2、值范围主量子数主量子数n能量主要取决于能量主要取决于n nn=1,2.3角量子数角量子数l决定轨道角动量的大决定轨道角动量的大小；能量与小；能量与 l l 有关。有关。l=0,1,2,.n-1磁量子数磁量子数ml决定轨道角动量在外决定轨道角动量在外磁场上的分量磁场上的分量ml=0,1.l自旋磁量子数自旋磁量子数ms决定自旋角动量在外决定自旋角动量在外磁场上的分量磁场上的分量ms=10.泡利不相容原理泡利不相容原理:11.能量最小原理：能量最小原理：次壳层电子的数目次壳层电子的数目2（2l+1）主量子数为主量子数为n的电子层中，最多可容纳的电子层中，最多可容纳2n2个电子。个电子。外层电子能量高

3、低由外层电子能量高低由(n+0.7 l)的大小决定。的大小决定。1.光电效应方程：光电效应方程：二、二、重要公式重要公式:2.康普顿效应：康普顿效应：3.里德伯公式：里德伯公式：4.氢原子：氢原子：5.德布罗意波长：德布罗意波长：6.不确定关系：不确定关系：三、重要数据三、重要数据:导带电子，价带空穴导带电子，价带空穴固体的能带理论固体的能带理论1.了解满带、空带、导带、价带等基本概念了解满带、空带、导带、价带等基本概念2.了解导体、绝缘体和半导体的能带结构了解导体、绝缘体和半导体的能带结构3.掌握两种杂质半导体的导电机理：掌握两种杂质半导体的导电机理：导带导带价带价带施主施主能级能级n型半导

4、体的能带型半导体的能带价带价带导带导带受主能受主能级级p型半导体的能带型半导体的能带导带电子，价带空穴导带电子，价带空穴导带导带价带价带施主施主能级能级n型半导体的能带型半导体的能带n型半导体型半导体电子为多数载流子电子为多数载流子四价元素中掺五价元素四价元素中掺五价元素主要导电能带为导带主要导电能带为导带导带中起导电作用的导带中起导电作用的电子从何而来？电子从何而来？从位于禁带中，紧靠导带下方从位于禁带中，紧靠导带下方的施主能级（给电子）而来的施主能级（给电子）而来导带电子，价带空穴导带电子，价带空穴p型半导体型半导体空穴为多数载流子空穴为多数载流子四价元素中掺三价元素四价元素中掺三价元素主

5、要导电能带为价带主要导电能带为价带价带中起导电作用的价带中起导电作用的空穴从何而来？空穴从何而来？位于禁带中，紧靠价带上方的位于禁带中，紧靠价带上方的受主能级接受了来自价带中的受主能级接受了来自价带中的电子，从而在价带中留下了空电子，从而在价带中留下了空穴穴价带价带导带导带受主能级受主能级p型半导体的能带型半导体的能带一、激光的特点一、激光的特点:二、受激辐射和自发二、受激辐射和自发 辐射的特点：辐射的特点：五、激光器的组成：五、激光器的组成：高定向性、高单色性、相干性好、高亮度。高定向性、高单色性、相干性好、高亮度。自发辐射的光波是非相干的。自发辐射的光波是非相干的。受激辐射的光波是相干光受

6、激辐射的光波是相干光。工作物质、激励能源、谐工作物质、激励能源、谐 振振 腔腔三、产生激光的必要条件：三、产生激光的必要条件：工作物质在工作物质在激励能源激励能源的激励下实现的激励下实现粒子数反转。粒子数反转。四、光学谐振腔的作用四、光学谐振腔的作用:1)产生并维持光振荡，使光得到加强放大。产生并维持光振荡，使光得到加强放大。2)提高激光的方向性。提高激光的方向性。3)具有选频作用，提高激光的单色性。具有选频作用，提高激光的单色性。激激 光光（高能级原子数要超过低能级原子数。）（高能级原子数要超过低能级原子数。）1.已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应。若此金属已知某单色光照射到一金属表

7、面产生了光电效应。若此金属的逸出电势差为的逸出电势差为 U0 （使电子从金属逸出需作功（使电子从金属逸出需作功 e U0 ),则此单则此单色光的波长色光的波长 必须满足：必须满足：A)hc/(eU0).B)hc/(eU0).C)eU0/(hc).D)eU0/(hc).练习题练习题2.用频率为用频率为1 的单色光照射某一种金属时，测得光电子的的单色光照射某一种金属时，测得光电子的 最大动能为最大动能为EK1，用频率为，用频率为2的单色光照射另一种金属时，的单色光照射另一种金属时，测得光电子的最大动能为测得光电子的最大动能为EK2，如果，如果 EK1 EK2，那么，那么3.3.某金属产生光电效应的

8、红限波长为某金属产生光电效应的红限波长为0，今以波长为，今以波长为（I2 ,则则 A.1 2 .B.1 2 .C.1 =2 .D.1,2的关系还不能的关系还不能 确定确定.11.根据玻尔理论，氢原子在根据玻尔理论，氢原子在 n=5 轨道上的动量矩与在第一激发轨道上的动量矩与在第一激发态的轨道动量矩之比为：态的轨道动量矩之比为：A.5/2.B.5/3 .C.5/4 .D.5 .12.若若粒子（电量为粒子（电量为 2 e）在磁感应强度为）在磁感应强度为 B 的均匀磁场中沿半的均匀磁场中沿半径为径为 R 的圆形轨道运动，则的圆形轨道运动，则 粒子的德布罗意波长为粒子的德布罗意波长为 。A.h/(2

9、e R B).B.h/(e R B).C.1/(2 e R B h).D。1/(e R B h).13.要使处于基态的氢原子受激发后，能发射莱曼系的最长波长要使处于基态的氢原子受激发后，能发射莱曼系的最长波长的谱线，至少应向基态氢原子提供的能量是的谱线，至少应向基态氢原子提供的能量是 。A)1.5 eV.B)3.4 eV.C)10.2 eV.D)13.6 eV.14.15.玻尔氢原子理论中，势能为负值，而且数值比动能玻尔氢原子理论中，势能为负值，而且数值比动能大，所以总能量为大，所以总能量为 值，并且只能取值，并且只能取 值。值。16.氢原子基态电离能是氢原子基态电离能是 eV.电离能为电离能

10、为 0.544 eV 的激发态氢原子，其电子处在的激发态氢原子，其电子处在 n=的状态上运动。的状态上运动。17.描述微观粒子运动的波函数为描述微观粒子运动的波函数为 ，则，则*表示表示 ，须满足的条件是须满足的条件是 ，其归一化条件是其归一化条件是 。18.原子内电子的量子态由原子内电子的量子态由 n、l、ml、ms 表征。表征。当当 n、l、ml 一定时，不同的量子态数目为一定时，不同的量子态数目为 ；当当 n、l 一定时一定时，不同的量子态数目为，不同的量子态数目为 ；当当 n 一定时，不同的量子态数目为一定时，不同的量子态数目为 。19.图示被激发的氢原子跃迁到低能级时（图中图示被激发

11、的氢原子跃迁到低能级时（图中E1不是基不是基态），可发出波长为态），可发出波长为 1、2、3的辐射，其频率的辐射，其频率 1、2 、3的关系式是的关系式是 ；三个波长的关系等式是三个波长的关系等式是 。20.若有两种不同质量的粒子，其德布罗意波长相同，若有两种不同质量的粒子，其德布罗意波长相同，则这两种粒子的则这两种粒子的 A)动量相同。动量相同。B)能量相同。能量相同。C)速度相同。速度相同。D)动能相同。动能相同。21.原子的原子的 K 壳层中，电子可能具有的量子数壳层中，电子可能具有的量子数 （n,l,ml,mS)是是 A)(1,1,0,-1/2 )B)(1,0,0,1/2 )C)(2,

12、0,1,-1/2 )D)(1,0,1,1/2 )21.在下列各组量子数的空格上，填上适当的数值，以便使它在下列各组量子数的空格上，填上适当的数值，以便使它们可以描述原子中电子的状态：们可以描述原子中电子的状态：(2)n=2，l=0，ml=_，(3)n=2，l=1，ml=0，ms=_(1)n=2，l=_，ml=-1，n2l01ml0-101ms1/2-1/21/2-1/21/2-1/21/2-1/210 或或 -2222、根据玻尔氢原子理论，若大量氢原子处于主量子数、根据玻尔氢原子理论，若大量氢原子处于主量子数n=5的的 激发态，则跃迁辐射的谱线可以有激发态，则跃迁辐射的谱线可以有 条，其中属于

13、巴耳条，其中属于巴耳 末系的谱线有末系的谱线有 条。条。23、已知粒子在一维无限深势阱中运动、已知粒子在一维无限深势阱中运动,其波函数为其波函数为:那么粒子在那么粒子在x=5a/6处出现的概率密度为处出现的概率密度为:A设粒子运动的波函数图线分别如图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？哪个图？24、(A)(B)(C)(D)25、（本题、（本题3分）分）在均匀磁场在均匀磁场B内放置一极薄的金属片，其红限波长为内放置一极薄的金属片，其红限波长为0今今用单色光照射，发现有电

14、子放出，有些放出的电子用单色光照射，发现有电子放出，有些放出的电子(质量为质量为m，电荷的绝对值为，电荷的绝对值为e)在垂直于磁场的平面内作半径为在垂直于磁场的平面内作半径为R的圆周的圆周运动，那末此照射光光子的能量是：运动，那末此照射光光子的能量是：(A)(B)(C)(D)B26、（本题、（本题5分）（分）（4412）处于基态的氢原子被外来单色光激发后发出的光仅有三条谱线，处于基态的氢原子被外来单色光激发后发出的光仅有三条谱线，问此外来光的频率为多少？问此外来光的频率为多少？(里德伯常量里德伯常量R=1.097107 m-1)解：由于发出的光线仅有三条谱线，按：解：由于发出的光线仅有三条谱线

15、，按：n=3，k=2 得一条谱线得一条谱线 n=3，k=1 得一条谱线得一条谱线 n=2，k=1 得一条谱线得一条谱线 可见氢原子吸收外来光子后，处于可见氢原子吸收外来光子后，处于n=3的激发态以上的激发态以上三条光谱线中，频率最大的一条是：三条光谱线中，频率最大的一条是：=2.921015 Hz 这也就是外来光的频率这也就是外来光的频率 27、（本题、（本题5分）（分）（4430）已知粒子在无限深势阱中运动，其波函数为已知粒子在无限深势阱中运动，其波函数为 (0 x a)求发现粒子的概率为最大的位置求发现粒子的概率为最大的位置解：先求粒子的位置概率密度解：先求粒子的位置概率密度当当 时，时，

16、有最大值在有最大值在0 xa范围内可得范围内可得 28、（本题、（本题5分）（分）（4526）粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为：粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为：(0 x a)若粒子处于若粒子处于n=1的状态，它在的状态，它在 0a/4区间内的概率是多少？区间内的概率是多少？解：解：粒子位于粒子位于0 a/4内的概率为：内的概率为：=0.091 返回返回 29.德布罗意的波函数与经典波的波函数的本质区别是：德布罗意的波函数与经典波的波函数的本质区别是：30.1921年施特恩和盖拉赫在实验中发现，一束处于年施特恩和盖拉赫在实验中发现，一束处于 s 态的原子射线，在非均匀磁场中

17、，分裂为两束。对于这态的原子射线，在非均匀磁场中，分裂为两束。对于这种分裂，用电子轨道运动的角动量空间取向量子化难于种分裂，用电子轨道运动的角动量空间取向量子化难于解释，只能用解释，只能用来解释。来解释。31.氢原子的部分能级跃迁示意如图。在这些跃迁中，氢原子的部分能级跃迁示意如图。在这些跃迁中，（1）从）从 n=的能级跃迁到的能级跃迁到 n=的能级时发射的的能级时发射的光子波长最短。光子波长最短。（2）从）从 n=的能级跃迁到的能级跃迁到 n=的能级时发射的的能级时发射的光子的频率最小。光子的频率最小。32.已知氢原子光谱的某一线系的极限波长为已知氢原子光谱的某一线系的极限波长为 3647

18、埃，埃，其中有一谱线波长为其中有一谱线波长为 6565 埃，求与该波长相应的始态和埃，求与该波长相应的始态和终态能级的能量（终态能级的能量（R=1.097 107 m-1).33.粒子在磁感应强度为粒子在磁感应强度为 B=0.025 T 的均匀磁场的均匀磁场 中中沿半径为沿半径为 R=0.83 cm 的圆形轨道运动。的圆形轨道运动。（1）计算其德布罗意波长。）计算其德布罗意波长。（2）若使质量若使质量 m=0.1 g 的小球以与的小球以与 粒子相同的速率粒子相同的速率运动，则其波长为多少？运动，则其波长为多少？（m=6.6410-27 kg)34.已知某电子的德布罗意波长和光子的波长相同。已知

19、某电子的德布罗意波长和光子的波长相同。（1）它们的动量大小是否相同？为什么？）它们的动量大小是否相同？为什么？（2）它们的（总）能量是否相同？为什么？）它们的（总）能量是否相同？为什么？35.电子的自旋磁量子数电子的自旋磁量子数mS只能取只能取 和和 两个值两个值。36.根据量子论，氢原子核外电子的状态可由四个量子数根据量子论，氢原子核外电子的状态可由四个量子数 来确定，其中主量子数来确定，其中主量子数n可取的值为可取的值为 ，它可决定它可决定 。氢原子能量氢原子能量1、2、3、.37.根据量子力学理论，氢原子中电子的角动量在外磁场方向根据量子力学理论，氢原子中电子的角动量在外磁场方向 上的投

20、影为上的投影为LZ =mL，当角量子数当角量子数l=2 时，时，LZ 的可能取值的可能取值 为为 。38.氩（氩（Z=18）原子基态的电子组态是：）原子基态的电子组态是：39.氢原子中处于氢原子中处于3d量子态的电子，描述其量子态的四个量子量子态的电子，描述其量子态的四个量子 数（数（n，l，ml,，ms）可能取的值为：）可能取的值为：40.氢原子的氢原子的L壳层内，电子可能具有的量子数壳层内，电子可能具有的量子数 （n，l，ml,，ms）是：）是：1.n 型半导体中，型半导体中，杂质原子所形成的局部能级称为杂质原子所形成的局部能级称为 ，在能带结构中应处于，在能带结构中应处于 中，中，而接近

21、而接近 ，属于，属于 导电。导电。2.激发本征半导体中传导电子的几种方法有（激发本征半导体中传导电子的几种方法有（1）热激发，）热激发，（2）光激发，（）光激发，（3）用三价元素掺杂，（）用三价元素掺杂，（4）用五价元素）用五价元素掺杂。对于纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能掺杂。对于纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能激发其传导电子的只有激发其传导电子的只有 A.(1)(2).B.(3)(4).C.(1)(2)(3).D.(1)(2)(4).固体的能带理论固体的能带理论 4.硫化镉（硫化镉（Cd S）晶体的禁带宽度为）晶体的禁带宽度为 2.42 eV,要使这种要使这种晶体产生本征导

22、电，则入射到晶体上的光的波长不能大于晶体产生本征导电，则入射到晶体上的光的波长不能大于 A.650 nm.B.628 nm.C.550 nm.D.514 nm.3.3.纯净锗吸收辐射的最大波长为纯净锗吸收辐射的最大波长为l 1.9 m，则锗的禁带宽度为则锗的禁带宽度为 eV.0.65 1.激光全息照相技术主要利用激光的哪一种优良特性？激光全息照相技术主要利用激光的哪一种优良特性？A)亮度高。亮度高。B)方向性好。方向性好。C)相干性好。相干性好。D)抗电磁干扰能力强。抗电磁干扰能力强。激光激光 2.激光器中，光学谐振腔的作用是激光器中，光学谐振腔的作用是（1）；（2）；（3）。产生并维持光振荡

23、，使光得到加强放大产生并维持光振荡，使光得到加强放大提高激光的方向性提高激光的方向性选频，提高激光的单色性选频，提高激光的单色性3.激光器的基本结构包括三部分：激光器的基本结构包括三部分：，和和 。4.按工作物质不同，激光器可分为四大类，它们是按工作物质不同，激光器可分为四大类，它们是 、和和 。5.下列条件中下列条件中 哪些是产生激光的条件，写出其标号：哪些是产生激光的条件，写出其标号：（1）自发辐射，）自发辐射，（2）受激辐射，（）受激辐射，（3）粒子数反转，）粒子数反转，（4）三能级系统，）三能级系统，（5）谐振腔。）谐振腔。6.光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光光和物质相互

24、作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的具有完全相同的 特性，这些特性是指：特性，这些特性是指：。7.产生激光的必要条件是：产生激光的必要条件是：。激光的三个主要特性是：激光的三个主要特性是：16-416-4解解:斜率斜率 与材料无关与材料无关.16-616-6解解:光子减少的能量即为电子增加的能量光子减少的能量即为电子增加的能量16章部分习题解章部分习题解16-1016-10解解:（1 1）故故k=2 ,n=5(3)(3)共共4 4个线系：赖曼系、巴耳末系、个线系：赖曼系、巴耳末系、帕邢系、布喇开系；共帕邢系、布喇开系；共1010条谱线，条谱线，如图。波长最短者为如图。波长最短者为n=5n=5到到n=1n=1跃迁跃迁 的谱线。的谱线。（2 2）16-1416-14解解:16-19 16-19 证明证明:对自由粒子对自由粒子又据不确定关系可得，又据不确定关系可得，16-20 16-20 解：据解：据16-1916-19，得，得16-22 16-22 解：粒子在解：粒子在x x处的概率密度处的概率密度:（3 3）粒子概率分布如下图：）粒子概率分布如下图：（1 1）令令 得得极点在极点在 处处.极大值处，极大值处，（2）而而n=0,2,4,6 n=0,2,4,6 对应极小值。对应极小值。