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大学物理 原子结构 激光 固体习题

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习题版权属物理学院物理系
《大学物理AII 》作业No.09原子结构激光固体
班级________学号________姓名_________成绩_______
一、选择题
1．有下列四组量子数：
(1)n =3，l =2，m l =0，2
1=
s m (2)n =3，l =3，m l =1，21=
s m (3)n =3，l =1，m l =-1，2
1−=s m (4)n =3，l =0，m l =0，2
1
−
=s m 其中可以描述原子中电子状态的［
］
(A)只有(1)和(3)
(B)只有(2)和(4)
(C)只有(1)、(3)和(4)
(D)只有(2)、(3)和(4)
解：根据泡利不相容原理四个量子数n 、l 、m l 、s m 不能完全相同知：(1)、(3)和(4)组是正确的。

故选C
2．氢原子中处于2p 状态的电子，描述其量子态的四个量子数(s l m m l n ,,,)可能取的值
为［
］
(A)
(3,2,1,－2
1)
(B)
(2,1,0,
2
1)(C)(2,1,－1,－21
)(D)(1,0,0,2
1)
解：根据泡利不相容原理知：2p 状态的电子四个量子数n 、l 、m l 、s m 可取：2=n ，1=l ，
1,0±=l m ，2/1±=s m ，则知(B)、(C)组是正确的。

故选BC
3．P 型半导体中杂质原子所形成的局部能级(也称受主能级)，在能级结构中应处于［］(A)满带中(B)导带中
(C)禁带中，但接近满带顶(D)禁带中，但接近导带底解：由P 型半导体能带特征（P243）知：(C)正确。

故选C
4．与绝缘体相比较，半导体能带结构的特点是
［］(A)导带也是空带
(B)满带与导带重合(C)满带中总是有空穴，导带中总是有电子(D)禁带宽度较窄
解：由绝缘体、半导体能带特征（P241）知：(D)正确。

故选D
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5．激发本征半导体中传导电子的几种方法有(1)热激发，(2)光激发，(3)用三价元素掺杂，(4)用五价元素掺杂。

对于纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能激发其传导电子的只有［］(A)(1)和(2)
(C)(1)(2)和(3)(4)解：由本征半导体能带特征（P242）知：
激发本征半导体中传导电子的方法中(1)、(2)和(4)是正确
故选D
6．硫化镉(CdS)晶体的禁带宽度为2.42eV ，要使这种晶体产生本征光电导，则入射到晶体上的(普朗克常量s J 1063.634⋅×=−h ，基本电荷C 1060.119−×=e )［
］
(A)650nm
(B)628nm
(C)550nm
(D)514nm
解：入射到晶体上的光的能量需满足ΔE ≥νh ，则光的波长满足
ΔE λ
≥hc
，即有()()nm 514m 1014.510
6.142.21031063.6719
8
34=×=×××××=∆≤−−−E hc λ故选D
7．下述说法中，正确的是［
］
(A)本征半导体是电子与空穴两种载流子同时参与导电，而杂质半导体(n 型或p 型)只有一种载流子(电子或空穴)参与导电，所以本征半导体导电性能比杂质半导体好
(B)n 型半导体的导电性能优于p 型半导体，因为n 型半导体是负电子导电，p 型半导体是正离子导电
(C)n 型半导体中杂质原子所形成的局部能级靠近导带的底部，使局部能级
中多余的电子容易被激发跃迁到导带中去，大大提高了半导体导电性能(D)p 型半导体的导电机构完全决定于满带中空穴的运动
解：由本征、P 型、N 型半导体能带特征（P242）知：(C)正确
故选C
8．在激光器中利用光学谐振腔［
］(A)可提高激光束的方向性，而不能提高激光束的单色性(B)可提高激光束的单色性，而不能提高激光束的方向性(C)可同时提高激光束的方向性和单色性
(D)既不能提高激光束的方向性也不能提高其单色性
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解：由激光器中光学谐振腔的功能（P180）知：(C)正确故选C
9．世界上第一台激光器是
［D ］(A)氦－氖激光器
(B)二氧化碳激光器(C)钕玻璃激光器(D)红宝石激光器
(E)砷化镓结型激光器解：由激光器发展历史知：(D)正确
故选D 10．按照原子的量子理论，原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所产生的光的特点是：［］(A)前者是相干光，后者是非相干光
(B)前者是非相干光，后者是相干光(C)都是相干光(D)都是非相干光
解：由激光的产生原理及特性（P182）知：(B)正确。

故选B 二、填空题
1．多电子原子中，电子的排列遵循原理和
原理。

解：电子的排列遵循
泡利不相容
原理和
能量最小
原理
2．锂(Z =3)原子中含有3个电子，电子的量子态可用(n ，l ，m l ，m s )四个量子数来描述，若已知基态锂原子中一个电子的量子态为(1，0，0，
2
1
)，则其余两个电子的量子态分别为(_______________________)和(__________________________)。

解：根据泡利不相容原理和能量最低原理知：其余两个电子的量子态分别为
1，0，0，21−
和2，0，0，21
或2，0，0，2
1−3．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影为ℏl z m L =，当角
量子数l ＝2时，z L 的可能取值为。

解：根据氢原子量子力学理论中各种量子数取值规则有：
当l ＝2时，2,1,0±±=l m ，故ℏ
ℏ2,,0±±=z L
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4．若在四价元素半导体中掺入三价元素原子，则可构成型半导体，参与导电的
载流子多数是。

解：由P 型半导体能带构成特征（P243）知：
可构成P 型半导体，载流子多数是空穴
5．纯硅在T =0K 时能吸收的辐射最长的波长是1.09µm ，故硅的禁带宽度为eV 。

(普朗克常量s J 1063.634⋅×=−h ，J 106.1eV 119−×=)
解：吸收辐射最长的波长，则有最小能量，即有硅的禁带宽度
()()
eV 14.1J 1082.11009.11031063.619
6
834=×=××××==∆−−−λhc E 6．下面两图(a )与(b )中，(a )图是型半导体的能带结构图，(b )图是
型半导体
的能带结构图。

解：由P 型、N 型半导体能带构成特征（P243）知：(a )图是N 型，(b )图是P 型
7．太阳能电池中，本征半导体锗的禁带宽度是0.67eV ，它能吸收的辐射的最大波长
是。

(普朗克常量s J 1063.634⋅×=−h ，J 106.1eV 119−×=)
解：根据能量和波长关系知能吸收的辐射的最大波长满足：
E hc ∆≥λ，()m 1085.16
.11067.01031063.66
19
834−−−×=×××××=∆≤E hc λ8．若锗用铟(三价元素)掺杂，则成为
型半导体。

请在所附的能带图中定性画出
施主能级或受主能级。

解：由P 型半导体能带构成特征（P243）知：P 型，
能带图见右图
满带
•。

满带
•。

a b •。

满带
•。

受主能级
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9．按照原子的量子理论，原子可以通过____________________________两种辐射方式发光，而激光是由__________________方式产生的。

解：
自发辐射和受激辐射；
受激辐射
10．激光器的基本结构包括三部分，即、
和。

解：激光器的基本结构包括三部分，即
工作物质
、激励能源
和
光学谐振腔。

11．光和物质相互作用产生受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这些特性是指。

解：这些特性指
相位、频率、偏振态、传播方向（P182）。

12．产生激光的必要条件是，激光的三个主要特性是。

解：产生激光的必要条件是粒子数反转分布（P178），激光的三个主要特性是方向性好，单色性好因而相干性好，光强大
（P182）。

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高考物理最新近代物理知识点之原子结构专项训练及答案(2)

高考物理最新近代物理知识点之原子结构专项训练及答案(2)

高考物理最新近代物理知识点之原子结构专项训练及答案(2)一、选择题1．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（）A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性2．不断发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发展的必由之路。

下列说法正确的是A．放射性元素衰变的快慢是由原子所处的化学状态和外部条件决定的B．原子核越大，它的比结合能越大C．电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构D．如果大量氢原子处在n=3的能级，会辐射出6种不同频率的光3．如图所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49 eV的金属钠．下列说法正确的是（ )A．这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光波长最短B．这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大C．能发生光电效应的光有三种D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是9.60 eV4．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同金属的逸出功如下表所示：铯钙镁铍钛金逸出功W/eV 1.9 2.7 3.7 3.9 4.1 4.8大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射的所有光子中，能够使金属铯发生光电效应的光子有几种A．2B．3C．4D．55．图甲所示为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则A．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光，一定能使阴极K发生光电效应B．改用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光，不能使阴极K发生光电效应C．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射，逸出光电子的最大初动能不变D．入射光的强度增大，逸出光电子的最大初动能也增大6．下列说法正确的是A．比结合能越小的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能与动能之和不变C．原子核发生一次β衰变，原子核内的一个质子转变为一个中子D．处于激发态的原子核辐射出γ射线时，原子核的核子数不会发生变化7．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（）A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线8．根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（）A ．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固B ．已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09eV ，则动能等于12.09eV 的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰，可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态C ．相同频率的光照射不同金属，则从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越大D ．铀核23892(U)衰变为铅核20682(Pb)的过程中，中子数减少21个9．氢原子能级图的一部分如图所示，a 、b 、c 分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a 、b 、c 三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是E a 、E b 、E c 和λa 、λb 、λc ，则( )A ．b a c λλλ=+B ．b a c λλλ=C ．111baeλλλ=+D ．b a cE E E =-10．可见光光子的能量在1. 61～3.10 eV 范围内。

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解：氯化钠与⾦刚⽯型结构都是复式格⼦。

氯化钠的基元为⼀个Na +和⼀个Cl －组成的正负离⼦对。

⾦刚⽯的基元是⼀个⾯⼼⽴⽅上的Ｃ原⼦和⼀个体对⾓线上的Ｃ原⼦组成的Ｃ原⼦对。

由于NaCl 和⾦刚⽯都由⾯⼼⽴⽅结构套构⽽成，所以，其元胞基⽮都为：123()2()2()2a a a ?=+??=+=+a j k a k i a i j 相应的晶胞基⽮都为：,,.a a a =??=??=?a ib jc k2. 六⾓密集结构可取四个原胞基⽮123,,a a a 与4a ,如图所⽰。

试写出13O A A '、1331A A B B 、2255A B B A 、123456A A A A A A 这四个晶⾯所属晶⾯族的晶⾯指数()h k l m 。

解：(1)．对于13O A A '⾯，其在四个原胞基⽮上的截矩分别为：１，１，12-，１。

所以，其晶⾯指数为()1121。

(2)．对于1331A A B B ⾯，其在四个原胞基⽮上的截矩分别为：１，１，12-，∞。

所以，其晶⾯指数为()1120。

(3)．对于2255A B B A ⾯，其在四个原胞基⽮上的截矩分别为：１，1-，∞，∞。

所以，其晶⾯指数为()1100。

(4)．对于123456A A A A A A ⾯，其在四个原胞基⽮上的截矩分别为：∞，∞，∞，１。

所以，其晶⾯指数为()0001。

3. 如将等体积的硬球堆成下列结构，求证球体可能占据的最⼤体积与总体积的⽐为：简⽴⽅：6π；六⾓密集：6；⾦刚⽯：。

大学物理 原子结构 激光 固体 试题(附答案)

大学物理 原子结构 激光 固体 试题(附答案)

《大学物理 AII》作业 No.9 原子结构 激光 固体
一、选择题
1. 氢原子中处于 3d 量子态的电子，描述其量子态的四个量子数(n, l, ml , ms)可能取的值为
[ D ] (A) (3，1，1，－1/2)
(B) (1，0，1，－1/2)
m (C) (2，1，2，1/2)
(D) (3，2，0，1/2)

(B) (3)和(4)。
ww(C) (1)(2)和(3)。
(D) (1)(2)和(4)。
6. 硫化镉(CdS)晶体的禁带宽度为 2.42eV，要使这种晶体产生本征光电导，则入射到晶体
上的光的波长不能大于(普朗克常量 h = 6.63 ×10−34 J ⋅ s ，基本电荷 e = 1.60 ×10 −19 C )
解：3d 量子态的量子数取值为
co n＝3，l＝2， ml = 0 , ±1,±2
, ms
=
±
1 2
。
. 2. 在氢原子的 K 壳层中，电子可能具备的量子数(n, l, ml , ms )是
e [ A ] (A) (1，0，0，1/2)
(C) (1，1，0，－1/2)
(B) (1，0，－1，1/2) (D) (2，1，0，－1/2)
m 半导体好。 o (B) n 型半导体的导电性能优于 p 型半导体，因为 n 型半导体是负电子导电，p c 型半导体是正离子导电。 . (C) n 型半导体中杂质原子所形成的局部能级靠近导带的底部，使局部能级中多 e 余的电子容易被激发跃迁到导带中去，大大提高了半导体导电性能。
(D) p 型半导体的导电机构完全决定于满带中空穴的运动。
. 二、填空题 w1. 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影为 Lz = mlℏ，当角 ww量子数 l＝2 时， Lz的可能取值为 0， ℏ， － ℏ， 2ℏ， － 2ℏ 。
(完整版)大学物理章节习题9原子结构固体能带理论

(完整版)大学物理章节习题9原子结构固体能带理论

©物理系_2015_09《大学物理AII 》作业 No.9 原子结构 固体能带理论班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、判断题：（用“T ”表示正确和“F ”表示错误）[ F ] 1．根据量子力学理论，氢原子中的电子是作确定的轨道运动，轨道是量子化的。

解：教材227.电子在核外不是按一定的轨道运动的，量子力学不能断言电子一定 出现在核外某个确定的位置，而只能给出电子在核外各处出现的概率。

[ F ] 2．本征半导体是电子与空穴两种载流子同时参与导电，N 型半导体只有电子导 电，P 型半导体只有空穴导电。

解：N 型半导体中依然是两种载流子参与导电，不过其中电子是主要载流子；P 型半导体也是两种载流子参与导电，其中的主要载流子是空穴。

[ T ] 3．固体中能带的形成是由于固体中的电子仍然满足泡利不相容原理。

解：只要是费米子都要遵从泡利不相容原理，电子是费米子。

[ T ] 4．由于P 型和N 型半导体材料接触时载流子扩散形成的PN 结具有单向导电性。

解：教材244.[ F ] 5．施特恩-盖拉赫实验证实了原子定态能级的存在。

解：施特恩-盖拉赫实验验证了电子自旋的存在，弗兰克—赫兹实验证实了原子定态能级的存在.二、选择题：1．下列各组量子数中，哪一组可以描述原子中电子的状态？ [ D ] (A) n = 2，l = 2，m l = 0，21=s m (B) n = 3，l = 1，m l =-2，21-=s m(C) n = 1，l = 2，m l = 1，21=s m (D) n = 3，l = 2，m l = 0，21-=s m解：根据原子中电子四个量子数取值规则和泡利不相容原理知D 对。

故选 D2．与绝缘体相比较，半导体能带结构的特点是 [ D ] (A) 导带也是空带 (B) 满带与导带重合(C) 满带中总是有空穴，导带中总是有电 子 (D) 禁带宽度较窄解：教材241-242.3. 在原子的L 壳层中，电子可能具有的四个量子数(n ，l ，m l ，m s )是(1) (2，0，1，21)(2) (2，1，0，21-)(3) (2，1，1，21)(4) (2，1，-1，21-) 以上四种取值中，哪些是正确的？ [ ] (A) 只有(1)、(2)是正确的 (B) 只有(2)、(3)是正确的 (C) 只有(2)、(3)、(4)是正确的 (D) 全部是正确的解：原子的L 壳层对应主量子数2=n ，角量子数可为2,1,0=l ，磁量子数可为2,1,0±±=l m ，自旋量子数可为21,21-=s m ，根据原子中电子四个量子数取值规则和泡利不相容原理知只有(2)、(3)、(4)正确。