教师用习题解答第10章.docx

张文杰、曹阳主编《大学物理教程》习题解答2009.10 张文杰、曹阳主编《大学物理教程》习题解答 2009.10 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。 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。 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。 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。 完成下列核衰变方程。 （1） 238 U ??? 234 Th ? ? （2） 90 Sr ??? 90 Y ? ? （3） 29 Cu ??? 29 Ni ? ? （4） 29 Cu ? ? ??? 29 Zn 答：（1） 238 U ??? 234 Th ? 4 H 92 90 2 e （2） 90 Sr ??? 38 90 Y ? 0 e 39 ?1 （3） 29 Cu ??? 29 29 Ni ? 0 e 28 ?1 （4） 29 Cu ? 29 0 e ??? ?1 29 Zn 30 习 题 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 M ? ? T 4 ? 5 .67 ? 10 ? 8 ? 268 4 ? 292 W / m 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与 3K 的黑体辐射。 求此辐射的光谱辐射出射度 M v 的极大值出现在何波长处。 求地球表面接收此辐射的功率。 解：（1）由维恩位移定律? T b 可得： ?m ? b 2 .898 ? 10 ? 3 ? ? ? ? 9 .66 ? 10 ? 4 m m T 3 （2） P ? M 4?R 2 E  ? ?T  4 4?R 2 E  ? 4? ? 5 .67 ? 10 ? 8  ? 3 4  ? (6 .4 ? 10 6 ) 2 ? 2 .36 ? 10 9 W 在地球表面，太阳光的强度为1 .0 ? 10 3 W / m 2 。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， T ? I ? ? T 4 4I? 4 I ? 1 .0 ? 10 3 4 5 .67 ? 10 ? 8  ? 364 K ? 91 C 铝的逸出功是 4.2eV，今用波长为 200nm 的光照射铝表面，求： 光电子的最大动能； 截止电压； 铝的红限波长。 解：（1） E ? h ? ? A ? hc ? A ? ? 6 .63 ? 10 ? 34 ? 3 ? 10 8  ? 4 .2 ? 2 .0 eV 200 ? 10 ? 9 ? 1 .6 ? 10 ?19 （2）U ? E c e ? 2 .0V （3） ? ? c ? hc 0 ? A 0 ? 6 .63 ? 10 ? 34 ? 3 ? 10 8 4 .2 ? 1 .6 ? 10 ?19 ? 2 .96 ? 10 ? 7 m ? 296 nm 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 p ? h ? ? 6 .63 ? 10 ? 34 0 .2 ? 10 ? 9  ? 3 .32 ? 10 ? 24 Kg ? m / S 电子的总能量为 ( pc ) 2 ( pc ) 2 ? ( m c ) 2 0 (3 (3 .32 ? 10 ? 24 ? 3 ? 10 8 ) 2 ? (0 .911 ? 10 ? 30 ? 9 ? 10 16 ) 2 ? 8 .19 ? 10 ? 14 J 光子的总能量为 E ? pc ? 3 .32 ? 10 ? 24 ? 3 ? 10 8 ?