物理学博士研究生生复习题答案Word格式.docx
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光是一种电磁波,具有波粒二相性(爱因斯坦):
光电效应。
2、为什麽说普朗克关于黑体辐射的量子说是对传统观念的突破?
人们通过实验得出黑体辐射的单色辐出度有下列特点:
1)总辐出度随着温度的升高而增加M(T)=σT4
2)峰值波长随着温度的升高向短波移动λm=b/T
这些结论用经典的物理学是无法解释的。
1900年德国物理学家普朗克大胆突破传统观念的束缚,提出了著名的量子理论,认为辐射物质中具有带电线性谐振子,谐振子可能具有的能量不是连续的,只能取一些离散的值。
ε=nhνh=6.6260755×
10-34J·
sh称为普朗克常量,很好的解释了黑体辐射现象。
后来在此理论的基础上,爱因斯坦又提出光量子理论,很好的解释了光电效应。
3、写出用(n,l,ml,ms)四个量子数表示的2p电子的各可能状态?
2p电子中有6个电子,可能处的状态分别为:
主量子数n=2;
副量子数l=0,1;
磁量子数ml=0,-1,+1;
自旋磁量子数ms=1/2,-1/2.
4.核外电子按能级排列所遵循的原则是什麽?
遵照此原则写出钾(K19)原子核外电子的排布顺序。
泡利不相容原理、能量最小原理。
同一壳层最多可容纳电子数:
2n2
2(2l+1)
5.什麽是原子质量单位?
什麽是同位素?
举出你所知同位素的例子。
把中子数为6的碳(C)原子质量的十二分之一视为一个单位,称为原子质量单位u,
1原子质量单位u=1.6605402×
10-24g。
电荷数Z相同而质量数A不同的核素称同位素,如1H2H。
6.举出几个与核物理有关的现代分析技术,简要说明它们的优点和应用。
1)中子衍射,用中子束作探针
优点:
波长与x射线相近,但每个能量子的能量比x射线低105倍,且与被研究物质的原子核的相互作用决定其散射情况,因此是研究物质磁结构的有效手段,特别适用于研究轻原子在晶格中的位置。
2)射线共振吸收和穆斯堡尔谱
可测出/=10-15的微小频率变化,可用于极小的能量变化、速度变化等测量(如:
验证广义相对论
3)核磁共振
所以核磁共振技术很快成为探索研究物质微观结构和性质的高新技术,在物理学、化学、材料科学、生命科学和医学等领域得到了广泛应用。
7.为什麽光纤可以传输光信号?
请说出几个光纤通讯的优点。
光纤:
超纯石英,由纤芯和包层组成光在纤芯和包层的界面处实现全反射。
光纤通讯:
光电信号转换
频带宽1012-1014Hz,容量大,不受无线电和微波信号干扰,保密性强。
8.已知硅晶体的禁带宽度为1.2eV,适当掺入磷后,施主能级和硅的导带底的能级差为ED=0.045eV。
试计算此掺杂半导体能吸收的光子的最大波长。
解:
Eg=1.2-0.045=1.155eV
hν=hc/λmax=Eg
λmax=hc/Eg=(6.63×
10-34J.S×
3×
108m/s)/1.155eV×
1.6×
10-19C
=1076nm
9.钨的逸出功是4.52eV,钡的逸出功是2.50eV,分别计算钨和钡的光电效应红限频率。
哪一种金属可用作可见光范围内的光电管阴极材料?
10.学习物理学对你的专业学习和研究有什麽帮助?
超导部分复习题:
1)简述超导体的基本性质
(1)零电阻效应:
某些金属、合金和化合物,在温度降到某一特定温度Tc时,它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象。
能够发生超导现象的物体叫做超导体。
超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物体的转变温度(或临界温度)TC。
(2)完全抗磁性:
处于磁场中的正常态金属通过降温进入超导态时磁力线自动排出金属体之外,而超导体内的磁感应强度B=0;
处于零磁场中的正常态金属通过降温进入超导态后再加磁场,磁力线也不能进入金属体内,即超导体内的磁感应强度B=0;
总之,超导体只要进入超导态,体内的磁感应强度B总是为零,这种性质称为“完全抗磁性”,即“迈斯纳效应”。
(3)临界磁场和临界电流:
使某种超导体失去超导电性的磁场最小值称为这种超导体的临界磁场Hc。
使某种超导体失去超导电性的最小电流值称为这种超导体的临界电流Ic。
(4)同位素效应:
同一种元素的不同种同位素的超导临界温度不同。
2)写出一维条件下超导体中的磁场分布函数,并画出一维条件下超导体中的磁
场分布曲线,说明超导材料的磁场穿透深度的意义
Gs(H,T)=Gs(0,T)+1/2μ0H2
3)为什麽在T<
Tc时,超导材料会在H=Hc处发生从超导态--正常态的相变?
由gs(H,T)=gs(0,T)+
μ0H2知超导体处于超导态时,其吉布斯自由能随磁场的增大而增大。
当H=Hc发生超导态——正常态转变,相平衡条件可知:
Gn(H,T)=Gs(H,T)可导出Gn(0,T)=Gs(0,T)+
μ0H2
根据上式可画出在T<
Tc范围内,当温度为T时的G-H曲线
由图可知当H<
Hc时,Gn>
Gs材料处于超导态;
当H>
Hc时Gn<
Gs材料处于超导态;
当H=Hc时Gn=Gs材料处于由超导态向正常态转变状态。
因此T<
Tc时,超导材料会在H=Hc处发生从超导态--正常态的相变
4)简述超导转变的微观机理。
在较低的超导温度下,超导态金属中电子以格波为媒介相互吸引(电声相互作用)而形成电子对—库伯对,无数电子对相互重迭又常常互换搭配对象形成一个整体,电子对作为一个整体的流动产生了超导电流。
由于拆开电子对需要一定能量,因此超导体中基态和激发态之间存在能量差,即能隙。
这一重要的理论预言了超导电子能谱中能隙的存在,成功地解释了超导现象,被科学家界称作BCS理论,
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