大学物理教程第10章习题答案

1、张文杰、曹阳主编大学物理教程习题解答 2009.10近代物理思考题10.1 人体也向外发出热辐射，为什么在黑暗中还是看不见人呢？答：人体的辐射频率太低, 远离可见光波段，在远红外波段, 由于为非可见光, 所以是看不到人体辐射的,在黑暗中也是如此。10.1刚粉刷完的房间从房外远处看，即使在白天，它的开着的窗口也是黑的。为什么？答：光线从窗户进去后经过多次反射，反射光的强度越来越弱，能再从窗户射出的光线非常少，窗户外的人看到的光线非常弱，因此觉得窗口很暗。10.3 在光电效应实验中，如果（1）入射光强度增加一倍；（2）入射光频率增加一倍，各对实验结果有什么影响？答：（1）在光电效应中每秒从光阴极发

2、射的光电子数与入射光强成正比。入射光强度增加一倍时，饱和电流增加一倍。（2）当入射光的频率增大时，光电子的最大初动能增大，遏止电压也增大，但入射光的频率和遏止电压两者不是简单的正比关系。10.4 若一个电子和一个质子具有同样的动能，哪个粒子的德布罗意波长较大？答：电子的德布罗意波长较大。10.5 n=3的壳层内有几个次壳层，各次壳层都可容纳多少个电子？答：n=3的壳层内有3个次壳层，各次壳层可容纳的电子数分别为2、6、10。10.6 完成下列核衰变方程。（1）（2）（3）（4）答：（1）（2）（3）（4）习题10.1 夜间地面降温主要是由于地面的热辐射。如果晴天夜里地面温度为50C，按黑体辐射

3、计算，每平方米地面失去热量的速率多大？解：依题意，可知地面每平方米失去的热量即为地面的辐射出射度10.2 宇宙大爆炸遗留在空间均匀、各向同性的背景热辐射相当于3K的黑体辐射。（1）求此辐射的光谱辐射出射度的极大值出现在何波长处。（2）求地球表面接收此辐射的功率。解：（1）由维恩位移定律可得：（2）10.3 在地球表面，太阳光的强度为。一太阳能水箱的涂黑面直对阳光。按黑体辐射计，热平衡时水箱内的水温可达几摄氏度？忽略水箱其它表面的热辐射。解：热平衡时，吸热和放热相等所以，10.4 铝的逸出功是4.2eV，今用波长为200nm的光照射铝表面，求：（1）光电子的最大动能；（2）截止电压；（3）铝的红

4、限波长。解：（1）（2）（3）10.5 电子和光子各具有波长0.20nm。它们的动量和总能量各是多少？解：电子和光子的动量都是电子的总能量为光子的总能量为10.6 室温（300K）下的中子称为热中子。求热中子的德布罗意波长。解：室温下的中子动能为中子静能为可以不考虑相对论效应10.7 一电子显微镜的加速电压为40keV。经过这一电压加速的电子的德布罗意波长是多少？解：由于其动能比静能小很多，故不考虑相对论效应10.8 用干涉仪确定一个宏观物体的位置的精确度为。如果我们以此精度测得一个质量为0.50kg的物体的位置，根据不确定关系，它的速度的不确定量多大？解：。由不确定关系得：10.9 一个细胞

5、的线度为，其中一粒子质量为。按一维无限深方势阱计算，这个粒子的和的能级和它们的差各是多大？解：根据一维无限深方势阱能级公式，得：两个能级差为 10.10 一个氧分子被封闭在一个盒子内。按一维无限深方势阱计算，并设势阱宽度为10cm。（1）该氧分子的基态能量是多大？（2）设该分子的能量等于T=300K时的平均热运动能量，相应的量子数n的值是多少？这第n激发态和第n+1激发态的能量差是多少？解：氧分子质量为（1）基态能量为（2）分子的能量等于T=300K时的平均热运动能量，即故有 能级差为 10.11 求氢原子光谱莱曼系的最小波长和最大波长。解：莱曼系的最小波长为：最大波长10.12 写出硼（B,

6、Z=5），氩（Ar,Z=18），铜(Cu,Z=29)，溴(Br,Z=35)等原子在基态时的电子排布式。解：按常规排列B：Ar：Cu：Br： 10.13 CO2激光器发出的激光波长为10.6。（1）和此波长相应的CO2的能级差是多少?（2）温度为300K时，处于热平衡的CO2气体中在相应的高能级上的分子数是低能级上的分子数的百分之几？（3）如果此激光器工作时其中CO2分子在高能级上的分子数比低能级上的分子数多1%，则和此粒子数反转对应的热力学温度是多少？解：（1）（2）（3）10.14 ,和原子的质量分别是16.006099u，15.994915u，16.011465u。试计算这些原子的核的结合

7、能。解：根据结合能公式代入各种原子数据得：10.15 有些核可以看成是由几个粒子这种“原子”组成的“分子”。例如，12C可看成是三个粒子在一三角形的三顶点配置而成，而16O可看成是四个粒子在一四面体的四顶点配置而成。试通过计算证明用这种模型计算的12C和16O结合能和用质量亏损计算的结合能是相符的，如果每对粒子的结合能为2.42MeV并且计入每个粒子本身的结合能。解：根据结合能公式对16O：对12C：对粒子按题设模型计算两种计算符合很好。10.16 天然钾中放射性同位素40K的丰度为。此种同位素的半衰期为。钾是活细胞的必要成份，约占人体重量的0.37%。求每个人体内这种放射源的活度（设人体重按70kg计算）。解：设人体重为m，钾原子量为M，则人体中40K的数量为所求活度为 10.17 一个病人服用30的放射性碘后24小时，测得其甲状腺部位的活度为4。已知的半衰期为13.1h。求在这24小时内多大比例的被服用的集聚在甲状腺部位了（一般正常人约15%到40%）。解：设其比例为p, 由于原来总活度，则集中到甲状腺的活度。24小时后，甲状腺部位的活度为解此式可得所求比例为10.18 一年龄待测的古木片在纯氧氛围中燃烧后收集了0.3mol的CO2。此样品由于14C衰变而产生的总活度测得为每分钟9次计数。的自然丰