课程名称：光电信息物理基础 学号 2014051105003 姓名刘丽 成绩
论LED恒流源的重要性 摘要：LED作为一种新型照明光源,具有发光效率高、寿命长、显色性好、绿色环保、不易 破损且易于进行数字控制等优点。LED照明方式是一种低压安全的照明方式,需要设计合理 的LED驱动电源。开关电源效率高,体积小,是LED驱动电源的首选,同时LED具有恒压负 载特性,其驱动电源一般采用恒流源。恒流源是现代电子工业和科学实验不可或缺的仪器设备，广泛应用于电子测量、仪表调试、医疗器械和航空航天等领域。随着电子技术的发展，数据采集与处理能力的不断提高，许多领域对恒流源的稳定度和精密度要求越来越高。只有 具备高精度、高稳定度、低纹波、大量程及强可靠性等特点的恒流源，才有更多的实用价值。 一个产品的质量好坏取决于它的设计,如何提高恒流源的品质,提高其稳定性。 关键词：LED，驱动器，恒流源 LED恒流电源是led电源的一种,是采用开关电源变换器，做成隔离型的恒 流电源，其输出电流恒定且可调，设计时还要注意输入功率因数要高。 主要原因是： 1. 避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性。 2. 获得预期的亮度要求，并保证各个LED亮度、色度的一致性。 LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则 大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。 一、LED驱动一般特性要求 （1）高可靠性：特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便维修的花费也大。 （2）高效率：LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内 的结构尤为重要的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常 重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小， 也就降低了灯具的温升,对延缓LED的光衰有利。
1-1,产生X 射线需要哪些条件? 答：首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶：在阴极和阳极间的高压直流电,为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量损失,要制造压强小于10 -4Pa 的真空环境,为此要有一个耐压、密封的管壳。 1-2影响X 射线管有效焦点大小的因素有哪些? 答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。 1-3在X 射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为1.5xl08ms -1,求连续X 射线谱 的最短波长和相应的最大光子能量。 答：此题的思路是由动能公式22 1mv E k =求出电子的最大动能,此能量也是最大的光子能量,从而求出最短波长。但当速度可与光速c ＝3×108ms -1相比较时,必须考虑相对论效 应,我们可以用下面公式求出运动中电子的质量。 kg c v m m e 3023122010052.1)2/1(11011.9/1--?=-?=-= keV J v m h e 8.731018.1)10)5.1(10052.12 1211428302=?=????==--ν nm h hc 0169.0max min ==νλ 此题的结果告诉我们,管电压为73.8kV 。反过来,如果知道管电压,求电子到达阳极 靶表面的电子速度时,同样需要考虑相对论效应。 1-4下面有关连续X 射线的解释?哪些是正确的? A.连续X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果; B.连续X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果; C 连续x 射线的最大能量决定于管电压; D.连续X 射线的最大能量决定决定于靶物质的原子序数; E.连续X 射线的质与管电流无关。 正确答案:B 、C 、E 1－5.下面有关标识X 射线的解释,哪些是正确的? A.标识X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果; B.标识X 射线的产生与高速电子的能量元关; C.标识X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定; D.滤过使标识X 射线变硬； E.靶物质原子序数越高，标识X 射线的能量就越大。 正确答案:A 、C 、E 1-6影响X 射线能谱的因素有哪些? 答：电子轰击阳极靶产生的X 射线能谱的形状(归一化后)主要由管电压、靶倾角和固有滤过决定。当然,通过附加滤过也可改变X 射线能谱的形状。 1-7影响X 射线强度的因素有哪些? 答：x 射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X 射线传播方向上的单 位面积上的光子数量与能量乘积的总和。可见，射线强度是由光子数目和光子能量两 个因素决定的。影响X 射线强度(量与质}的因素很多，主要有：增加毫安秒，X 射线的质不变、量增加,x 射线强度增加;增加管电压，X 射线的质和量均增加，X 射钱强度增加;提高靶物质原子序数。
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（m μ）到（m μ）范围内的电磁辐射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 % 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为 (瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么
答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍。 答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I = ==∴=ππφπφφπφ＝ 的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()1 222 222222 1 12 21211001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴= === ∴== 又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 ） 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激
光电成像原理及技术--部分答案(北理工)
第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄
的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？ 答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见 光图像时，被定义为电镀增益G1， 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些 方法和描述方式？ 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分
辨力。通常用光电成像系统在一定距离内 能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间 不变性成像条件的光电成像过程，完全可 以用光学传递函数来定量描述其成像特 性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素 有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。
第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种 类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理 意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。
光电信息物理基础 注意：矢量都要写成带上箭头的字母表示 1. 媒质对电磁场的响应可分为三种情况：极化、磁化和传导。 2. 坡印廷矢量的数学表达式是 3. 电磁波的等相位面在空间中的移动速度称为 相速度。该速度相速只与媒质参数有关，而与电磁波的频率无关. 4. 在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点 随时间变化的轨迹称为电场的偏振态。 5. 光电效应。 6. 7. 光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象，在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，这两种性质的统一称为光的波粒二象性. 8. 德布罗意波长公式为 ，频率公式为： 9. 德布罗意波由电子衍射实验所验证。 10. 海森堡不确定关系的两个表达式为 11. 波函数的标准条件为单值，有限，连续 12. 量子力学中的动量算符表达式为： 13. 量子力学中表示力学量的算符都是厄密算符， 其本证值均为实数，对应不同本征值的本征函数正交，且本征函数具有完全性. 14. 原子的状态可由主量子数n ,角量子数l ，磁量子数m 和自旋量子数s 完全确定。 15. 在一个原子系统内，即不可能具有相同的四个量子数的两个或两个以上电子称为泡利不相容原理。 16. 属于同一品种的晶体，两个对应晶面（或晶棱）间的夹角恒定不变称为晶面角守恒定律。 17. 晶体结构由基元和布拉菲格子完全描述。 18. 对于体心立方结构，设立方体边长为a ，则某个原子最近邻结点有8个，距离为? 所对应原胞体积为a 3/2 19. 晶列的方向用晶列指数来表征。 20. 晶体的结合，可以概括为离子性结合、共价结合、金属性结合和范德瓦耳斯结合四种不同的基本形式 。 21. 共价结合的两个基本特征是饱和性和方向性。 22. 晶格振动形成的波动称为格波，表征它的能量量子称为声子。 23. 没有掺杂的理想半导体称为本征半导体。 。 /2/4x x P h π??≥=/2E t ??≥h P λ=E h ν=?()x y z p i i e e e x y z ???=-?=-++???/2
第一部分自测题 、多项选择题 1. 下列选项中的参数与接收器有关的有（） A .曝光量B.光通量C.亮度D.照度 答案：AD 2. 光电探测器中的噪声主要包括（ABCDE ） A.热噪声 B.散粒噪声 C.产生复合噪声 D.1/f 噪声E温度噪声 3. 光电技术中应用的半导体对光的吸收主要是（AB ） A.本征吸收 B.杂质吸收 C.激子吸收 D.自由载流子吸收E晶格吸收 、单项选择题 1. 被光激发产生的电子溢出物质表面，形成真空中的电子的现象叫做（） A .内光电效应B.外光电效应C.光生伏特效应D.丹培效应 答案：B 2. 当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 答案：A 3. 已知某He-Ne激光器的输出功率为8mW正常人眼的明视觉和暗视觉最大光谱光是效能分 别为683lm/W和1725lm/W,人眼明视觉光谱光视效率为0.24 ,则该激光器发出的光通量为（） A. 3.31IX B.1.31IX C.3.31lm D.1.31lm 答案：D 4. 半导体（）电子吸收光子能量跃迁入（），产生电子一空穴对的现象成为本征吸收。 A.价带，导带 B.价带，禁带 C.禁带，导带 D.导带，价带 答案：A 5. 一个电阻值为1000欧姆的电阻，在室温下，工作带宽为1Hz时，热噪声均方电压为 答案B A 3nV B 4nV C 5nV D 6nV 6. 用照度计测得某环境下的照度值为1000lx，该环境可能是（B） A阳光直射 B 阴天室外C 工作台D 晨昏蒙影 7. 已知某辐射源发出的功率为1W该波长对应的光谱光视效率为0.5 ,则该辐射源辐射的光通量为（B） A 683lm B341. 5lm C 1276lm D 638lm 8. 为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合的辐射度量是（D ） A 辐射照度 B 辐射强度 C 辐射出度 D 辐射亮度
光学单元测试 一、选择题（每小题3分，共60分） 1 ．光线以某一入射角从空气射人折射率为的玻璃中，已知折射角为30°，则入射角等于（ ） A.30° B.45° C.60° D.75° 2．红光和紫光相比，（ ） A. 红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小 3．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a 、b 两束单色光， 其传播方向如图所示。设玻璃对a 、b 的折射率分别为n a 和n b ，a 、b 在玻璃中的传播速度分别为v a 和v b ，则（ ） A ．n a >n b B ．n a
影像物理习题参考答案 第一章：普通X 射线影像 1-1 产生X 射线需要哪些条件？ 答：1、高速运动的电子流；2、阻碍电子运动的靶。 1-2 X 射线管的一般构造包括哪几部分，各部分都有什么功能？ 答：一般应包括阴极、阴极体、阳极（含靶）、阳极体、真空管。阴极发射热电子；阴极体有聚焦电子束和回收二次辐射的作用；阳极（含靶）加速电子并阻碍电子运动发射X 射线；阳极体起散热作用；真空管产生高真空环境。 1-3 什么是轫致辐射？为什么轫致辐射是产生连续X 射线的机制？ 答：高速电子进入到原子核附近的强电场区域，受到强电场的作用，而使电子的速度大小和方向发生变化，按电磁理论，电子将向外辐射电磁波（即光子）而损失能量E ?，电磁波的频率由 νh E =?决定。电子的这种能量辐射叫轫致辐射。 1-4 为什么轫致辐射产生的连续X 射线谱中存在最短波长min λ？最短波长min λ受何种因素 影响？ 答：当电子的最大动能全部损失转化为X 光子的能量后，X 光子不可能再获得更大的能量。从而形成最短波长。)() (4.12min nm KV U eU hc ==λ，可见，最短波长仅由管电压决定。 1-5 设X 射线管的管电压为100kV ，求其产生连续X 射线的最短波长和相应的X 光子能量的 最大值。 解：)(124.0100 4.12min nm eU hc ===λ，对应的光子能量为：)(106.110100106.114319max J eU h --?=???==υ 答：略。 1-7 什么是标识辐射？为什么标识辐射是产生标识X 射线的机制？影响标识辐射的因素有哪 些？ 答：当电子的能量较高时，可将靶原子的内层电子（K ，L ，M 壳层）碰出原子核的束缚，成为自由电子，这样，在内层轨道上产生一空位，这一空位不能长期存在，外层电子会跃迁至空位填充内层轨道，并将多余的能量（二能级差）以X 光子的形式辐射出来，产生标识X 射线。轫致辐射不可能产生不连续的标识X 射线。标识X 射线的波长只能由靶原子的能级结构决定，即靶元素决定。管电压和管电流可影响标识辐射的强度。
光电物理基础课程设计自旋在现代科学中的应用 教师：蒋向东 学生：骆骏 学号：2010051060023 2012.6.9
一．摘要 电子自旋共振(electronspinresonance，ESR)是检测自由基最直接最有效的方法，是自由生物学和医学不可缺少的重要研究技术。本文综述ESR、自旋标记、自旋捕集ESR成像技术的最新发展及ESR技术在细胞膜、蛋白质结构和一些重大疾病如心脏病、老年痴呆症、帕金森综合症和中风等疾病研究及辐射损伤和植物疾病研究中的应用。 二．电子自旋共振(ESR)技术 电子自旋共振(electronspinresonance，ESR)又称电子顺磁共振(electronparamag—neticresonance，EPR)，是研究电子自旋能级跃迁的一门学科，是检测自由基最直接最有效的方法。自由基在生物体系发挥着重要作用，体内自由基的产生和清除应当是平衡的，或者说体内氧化和还原应当是平衡的，这样人体才能保持健康。如果自由基产生过多和清除自由基的能力下降，体内就会有多余的自由基，特别是氧自由基，会损伤细胞成分，但并不出现疾病的症状。但是如果不加以调整，继续发展下去就会导致疾病和衰老的发生。因此自由基和多种疾病有关，比如癌症、心脑血管疾病、老年痴呆症和帕金森综合症等疾病。这样ESR 就是自由基生物学和医学不可缺少的重要研究技术，在生物会医学领域有着广泛的应用。 1.ESR在生物医学研究中的技术发展 ESR虽然是研究自由基的最直接和最有效的技术，但是这些自由基必须是相稳定的，而且要达到一定浓度才能用ESR技术检测和研究。而生物体系中产生的自由基大部分是不稳定的，因为自由基本身的特点就是活泼和反应性强，只有少数自由基是稳定的。ESR的另外一个局限性是只能检测顺磁性物质，但是大部分生物物质都不是顺磁性的。这就限制了ESR 的应用。为了克服ESR技术的这些局限性，一方面对仪器进行改进，另一方面近年来发展起来的自旋标记和自旋捕集技术解决了这些问题，为ESR应用开辟了一个新天地，获得了迅速的发展和广泛的应用，也为自由基研究作出了重要贡献。 1.1．自旋标记技术 ESR的最大局限性是只能检测顺磁性物质，但是大部分生物物质，例如细胞膜、蛋 白质、核酸等都不是顺磁性的。这就大大限制了ESR 的应用范围。1965年McConnell等人引入自旋标记的概念和方法，为ESR应用开辟了一个新天地，也可以说自旋标记技术把ESR 的应用范围从一个有限范围扩展到了无限。所谓自旋标记，就是将一顺磁性报告基团加到被研究体系，借助报告基团的ESR波谱特征反映该基团周围环境的物理和化学性质及其变化和规律。自旋标记技术包括自旋标记物的合成、自旋标记ESR波谱解析和应用。到目前为止已经合成100多种自旋标记物。现在自旋标记技术已经广泛应用于生物学的各个领域，特别是在细胞膜的流动性、蛋白质的结构和动力学性质、药理学及ESR成像方面研究中的应用。 1.1.1．自旋标记物的选择 自旋标记物应当符合以下条件：足够稳定，能够以某种方式结合或嵌入到被研究物质的某个位置，其ESR波谱对被研究物质及其周围环境的物理化学性质和变化极为敏感，而报告基团本身对体系的扰动甚微。氮氧自由基化合物是最符合以上条件的自旋标记物，它有几
原子物理学习题解答 1.1 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：由德布罗意公式p h /=λ,得： m/s kg 10315.3m 1020.0s J 1063.6249 34??=???===---λh p p 光电 )J (109.94510310315.316-824?=???====-c p hc h E 光光λ ν 2162311622244 2022)103101.9(103)10315.3(???+???=+=--c m c p E 电电 )J (1019.8107076.61089.9142731---?=?+?= 1.2 铯的逸出功为1.9eV,试求: (1)铯的光电效应阈频率及阈值波长;(2)如果要得到能量为1.5eV 的光电子,必须使用多大波长的光照射? 解：(1) 由爱因斯坦光电效应公式 w h mv -=ν202 1知,铯的光电效应阈频率为: Hz)(10585.410 63.6106.19.114 34 190?=???==--h w ν 阈值波长: m)(1054.610 585.4103714 8 00-?=??==νλc (2) J 101.63.4eV 4.3eV 5.1eV 9.12 119 -20??==+=+=mv w h ν 故: m)(10656.310 6.14.31031063.6719 8 34---?=?????===ννλh hc c 1.3 室温(300K)下的中子称为热中子.求热中子的德布罗意波长? 解：中子与周围处于热平衡时,平均动能为: 0.038eV J 1021.63001038.12 3 232123≈?=???== --kT ε 其方均根速率: m/s 27001067.11021.62227 21 ≈???== --n m v ε 由德布罗意公式得：)nm (15.02700 1067.11063.62734 =???===--v m h p h n n λ 1.4 若一个电子的动能等于它的静止能量,试求：(1)该电子的速度为多大?(2)其相应的德布罗意波长是多少? 解：（1）由题意知，20202c m c m mc E k =-=，所以 202 2202 2/1c m c v c m mc =-= 2 3c v = ? （2）由德布罗意公式得： )m (104.110 3101.931063.632128 3134 00---?=?????=====c m h v m h mv h p h λ 1.5 (1)试证明: 一个粒子的康普顿波长与其德布罗意波长之比等于2/120]1)/[(-E E ,式中0E 和E 分别是粒子的静止能量和运动粒子的总能量. (2)当电子的动能为何值时,它的德布罗意波长等于它的康普顿波长? (1)证明：粒子的康普顿波长:c m h c 0/=λ 德布罗意波长: 1 )/(1)/(2020204202-= -=-=== E E E E c m hc c m E hc mv h p h c λλ 所以, 2/120]1)/[(/-=E E c λλ
物理选修光学试题及答案 详解 Prepared on 22 November 2020
光学单元测试一、选择题（每小题3分，共60分） 1 30°，则入射角等于（） °°°° 2．红光和紫光相比，（） A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速 度较小 3．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两 束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b，a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b，则（） A．n a>n b B．n a
a、b在玻璃体内穿行所用时间分别为t a、t b，则t a: t b等于（） （A）QQ’:PP’ （B）PP’:QQ’ （C）OP’:OQ’ （D）OQ’:OP’ 6．图示为一直角棱镜的横截面，? = ∠ ? = ∠60 , 90abc bac。一平行细光束从O 点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=2，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（） A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直 7．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、 b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的（） 8．如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是（） Ａ．红光的偏折最大，紫光的偏折最小 Ｂ．红光的偏折最小，紫光的偏折最大 Ｃ．玻璃对红光的折射率比紫光大 Ｄ．玻璃中紫光的传播速度比红光大 9．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（） b c a o
一、光电效应和氢原子光谱 知识点一：光电效应现象 1.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大． (3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比． (4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9_s. 2．光子说 爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h＝×10－34J·s. 3．光电效应方程 (1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0. (2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电 子的最大初动能E k＝1 2 mv2. 知识点二：α粒子散射实验与核式结构模型 1.卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13－2－1所示)
2．实验现象 绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图13－2－2所示． α粒子散射实验的分析图 3．原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 知识点三：氢原子光谱和玻尔理论 1.光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱． (3)氢原子光谱的实验规律． 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1 λ ＝ R(1 22－ 1 n2 )(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝×107m－1，n为量子 数．
人教版高中物理必修一课后练习答案详解 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
人教版高中物理必修一课后习题答案 第一章：运动的描述 第1节：质点参考系和坐标系 1、“一江春水向东流”是水相对地面（岸）的运动，“地球的公转”是说地球相对太阳的运动，“钟表时、分、秒针都在运动”是说时、分、秒针相对钟表表面的运动，“太阳东升西落”是太阳相对地面的运动。 2、诗中描写船的运动，前两句诗写景，诗人在船上，卧看云动是以船为参考系。云与我俱东是说以两岸为参考系，云与船均向东运动，可认为云相对船不动。 3、x A=-0.44 m，x B=0.36 m 第2节：时间和位移 1．A．8点42分指时刻，8分钟指一段时间。 B．“早”指时刻，“等了很久”指一段时间。 C．“前3秒钟”、“最后3秒钟”、“第3秒钟”指一段时间，“3秒末”指时刻。 2．公里指的是路程，汽车的行驶路线一般不是直线。 3．（1）路程是100 m，位移大小是100 m。 （2）路程是800 m，对起跑点和终点相同的运动员，位移大小为0；其他运动员起跑点各不相同而终点相同，他们的位移大小、方向也不同。 4．解答 第3节：运动快慢的描述——速度 1．（1）1光年=365×24×3600×3.0×108 m=9.5×1015 m。 （2）需要时间为 16 15 4.010 4.2 9.510 ?= ? 年 2．（1）前1 s平均速度v1=9 m/s 前2 s平均速度v2=8 m/s 前3 s平均速度v3=7 m/s 前4 s平均速度v4=6 m/s 全程的平均速度v5=5 m/s v1最接近汽车关闭油门时的瞬时速度，v1小于关闭油门时的瞬时速度。
题9.1：已知铜的摩尔质量1mol g 75.63-?=M ，密度3cm g 9.8-?=ρ，在铜导线里，假设每一个铜原子贡献出一个自由电子，（1）为了技术上的安全，铜线内最大电流密度2m mm A 0.6-?=j ，求此时铜线内电子的漂移速率d v ； （2）在室温下电子热运动的平均速率是电子漂移速率d v 的多少倍？ 题9.1分析：一个铜原子的质量A /N M m =，其中A N 为阿伏伽德罗常数，由铜的密度ρ可以推算出铜的原子数密度 m n /ρ= 根据假设，每个铜原子贡献出一个自由电子，其电荷为e ，电流密度d m nev j =。从而可解得电子的漂移速率d v 。 将电子气视为理想气体，根据气体动理论，电子热运动的平均速率 e 8m kT v π= 其中k 为玻耳兹曼常量，e m 为电子质量。从而可解得电子的平均速率与漂移速率的关系。 解：（1）铜导线单位体积的原子数为 M N n /A ρ= 电流密度为m j 时铜线内电子的漂移速率 14A m m d s m 1046.4//--??===e N M j ne j v ρ （2）室温下（K 300=T ）电子热运动的平均速率与电子漂移速率之比为 8e d d 1042.281?≈=m kT v v v π 室温下电子热运动的平均速率远大于电子在稳恒电场中的定向漂移速率。电子实际的运动是无规热运动和沿电场相反方向的漂移运动的叠加。考虑到电子的漂移速率很小，电信号的信息载体显然不会是定向漂移的电子。实验证明电信号是通过电磁波以光速传递的。 题9.2：有两个同轴导体圆柱面，它们的长度均为m 20，内圆柱面的半径为mm 0.3，外圆柱面的半径为mm 0.9。若两圆柱面之间有μA 10电流沿径向流过，求通过半径为mm 0.6的圆柱面上的电流密度。 题9.2分析：如图所示，是同轴柱面的横截面。电流密度j 对中心轴对称分布。根据稳恒电流的连续性，在两个同轴导体之间的任意一个半径为r 的同轴圆柱面上流过的电流I 都相等，因此可得
高考仿真模拟试题江苏卷） 物理 注意事项： 考生在答题前请认真阅读本注意事项及各题答案要求 1.本试卷共8页，包含选择题（第1题~第9题，共9题）和非选择题（第10题~第15题，共6题）两部分。本卷满分为120分，考试时间为100分钟。考试结束后，请将本卷和答题卡一并交回。 2.答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号用0.5毫米黑色水笔填写在试卷和答题卡规定位置。 3.请认真核对监考员在答题卡上所粘贴的条形码上的姓名、准考证号和本人是否相符。 4.作答选择题，必须用2B铅笔将答题卡上对应选项的方框涂满、涂黑；如需改动，请用橡皮擦干净后，再涂选其他答案。做大非选择题，必须用0.5毫米黑色的签字笔在答题卡上的指定位置做大，在其他位置作答一律无效。 5.如需作图，需用2B铅笔绘、写清楚，线条、符号等需加黑、加粗。 第Ⅰ卷 一、单项选择题：本题共5小题，每小题3分，共计15分，每小题只有一个选项符合题意。 1.一轻质弹簧原厂为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为 （A）40 m/N （B）40 N/m （C）200 m/N （D）200 N/m
2.有A、B两小球，B的质量为A的两倍。现将它们以相同速率沿同一方向跑出，不计空气阻力。图中①为A的运动轨迹，则B的运动轨迹是 （A）① （B）② （C）③ （D）④ 3.一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是（A）A点的电场强度比B点的大 （B）小球表面的电势比容器内表面的低 （C）B点的电场强度方向与该处内表面垂直 （D）将检验电荷从A点沿不同路径到B点，电场力所做的功不同 4.一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只饶有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 （A）U2>U1，U2降低
第一章作业解答 1.1 给定三个矢量A ，B 和C 如下： z y x e e e A 32-+=，z y e e B +-=4，y x e e C 25-= 求（1）A e （A e 表示矢量A 方向上的单位矢量）；（2）B A ?；（3）C A ? 解：（1）z y x z y x A e e e e e e A A e 143142141321322 2-+=++-+= = （2）111)3()4(201-=?-+-?+?=++=?z z y y x x B A B A B A B A （3）z y x z y x e e e e e e C A 121560 2 5 3 2 1 ---=--=? 1.4 为课堂例题。 1.6 求标量场2 2 2 6),,(z y x z y x +=?在点P （2，-1，0）的梯度 解：梯度： () y x x y x z y x e e e z e y x e xy e z e y e x G 482421212) 0,1,2(22-=++=??+??+??=?=-???? 1.7 求下列矢量场在给定点的散度 （1）)3(23x z e y e x e A z y x -++= 在点P （1，0，-1） （2）xy e yz e y x e A z y x ++=2 在点P （1，1，0） 解：（1）散度： () 63 23)3()()() 1,0,1(223=++=?-?+??+??=??+??+??=??-y x z x z y y x x z A y A x A A z y x （2）()22) ()()()0,1,1(2=+=??+??+??=??+??+??=??z xy z xy y yz x y x z A y A x A A z y x 1.8 求下列矢量场的旋度 （1）2223z e y e x e A z y x ++=； （2）xy e xz e yz e A z y x ++= 解（1）旋度：
光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检 测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
应用物理学（光电信息技术方向）（070202） 一、培养目标 本专业培养掌握物理学的基本理论与方法，能在物理学或光电信息技术领域中从事科研、教学、技术开发以及相关的管理工作的高级专门人才。 二、培养要求 本专业学生主要学习物理学和光电信息技术的基本理论与方法，熟悉光学、电子技术和计算机应用技术，具有良好的数学基础和实验技能，受到应用基础研究、应用研究和技术开发以及工程技术的初步训练，具有良好的科学素质，适应高新技术发展的需要，具有较强的知识更新能力、较广泛的科学适应能力、科技创新能力以及解决实际问题的能力。 毕业生应获得以下几个方面的知识和能力： 1.掌握系统的数学、计算机等方面的基本原理、基本知识； 2.掌握较坚实的物理学基础理论，较广泛的应用物理知识、基本实验方法和技能； 3.掌握光电信息获取、处理、存储和传输的基本原理和实用技术； 4.具有研究和开发光电信息技术的初步能力，以及教学和相应管理的工作能力； 5.了解相近专业以及应用领域的一般原理和知识； 6.了解我国科学技术、知识产权等方面的方针、政策和法规； 7.了解应用物理的理论前沿、应用前景和最新发展动态以及相关高新技术产业的发展状况； 8.掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取最新参考文献的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。 三、主干学科 物理学、光信息科学与技术。 四、主要课程 高等数学、力学、热学、电磁学、光学、量子物理、数学物理方法、计算方法、计算机软件技术基础、C++语言、微机原理与应用、通用接口技术、经典力学、统计物理、电动力学、量子力学、固体物理、电工技术、电子技术、传感器原理、光电信息技术、信息光学、颜色光学、光电子学、数字信号处理、数字图像处理、光学信息处理、光电显示技术、光全息存储、光电信息材料、通信原理、光纤通信技术。 五、主要实践环节 普通物理实验、近代物理实验、电工技术实验、电子技术实验、专业实验、程序设计上机、微机上机、工程训练、认识实习、专业调研、专业实习、毕业实习、毕业论文。 六、授予学位 理学学士。
第2章 1、简述光电效应的工作原理。什么是暗电流？什么是亮电流？P11 答：暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流； 光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。 2、简述光生伏特效应的工作原理。为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？P15 答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应.当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。 （2）光生伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。 3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点？P15、P17 第3章 2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会如何？ 3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？ 答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增
加，所以有光照时，光电效应不明显。 p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。 5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使用时如何改善其工作频率响应？ 6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降？影响光电倍增管工作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？ 答：温度升高时，半导体的导电性将发生一定的变化，即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大，相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小，这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱，从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。从Fermi能级的变化上来理解：温度越高，半导体Fermi能级就越靠近禁带中央（即趋于本征化），则两边半导体的Fermi能级之差也就越小，所以p-n结势垒高度也就越低，也就是开压降低。 光电倍增管的响应度受多方面的因素影响，比如：偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影响。无光时光电倍增管对光的响应度更趋于平稳，使实验数据也更具有可靠性。因此，无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。光电倍增管工作时由于阴极材料发热，这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响，因此不稳定的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响。 降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射,从而降低暗电流。另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。 10、简述光电耦合器件的工作原理？ 光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。 15、光生伏特器件有几种偏置电路?各有什么特点? (1)光生伏特器件有反向偏置电路，零偏置电路，自偏置电路。 (2)特点： 自偏置电路的特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载为最佳负载电阻时具有最大的输出功率，但是自偏置电路的输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很差，因此在测量电路中好少采用自偏置电路。 反向偏置电路：光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围加宽，因此反向偏置电路被广泛应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。