下冊(cè)思考題及答案

1、9.1 試指出下列說(shuō)法是否正確，如有錯(cuò)誤，指出錯(cuò)誤所在。 (1) 高溫物體所含熱量多，低溫物體所含熱量少； (2) 同一物體溫度越高，所含熱量就越多。答：（1）錯(cuò)。這是因?yàn)闊崃渴窍到y(tǒng)與外界或兩物體間由于溫度不同而交換的熱運(yùn)動(dòng)能量。它是過(guò)程量，而不是狀態(tài)量。（2）錯(cuò)。同上。9.2 熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，對(duì)此作如下理解是否正確? (1) 一定量的某種氣體處于某一定狀態(tài)，就具有一定的內(nèi)能； (2) 物體的溫度越高，內(nèi)能就越大； (3) 當(dāng)參考態(tài)的內(nèi)能值選定后，對(duì)應(yīng)于某一內(nèi)能值，只可能有一個(gè)確定的狀態(tài)。 答：（1）正確；（2）、（3）錯(cuò)。9.3 公式與的意義有何不同，二者的適用條件有何不同

2、?答：的意義是在等體過(guò)程中系統(tǒng)從外界吸收的熱量與溫度成正比，它只適用于定體過(guò)程；的意義是系統(tǒng)內(nèi)能的增量在等體過(guò)程中與溫度增量成正比，它適用于定體過(guò)程，也適用于理想氣體的任何過(guò)程。9.4 怎樣從由P、V參量表示的絕熱過(guò)程方程導(dǎo)出由T、V和T、P參量表示的絕熱過(guò)程方程?答：由P、V參量表示的絕熱過(guò)程方程為： （1）理想氣體狀態(tài)方程 （2）兩式相比得T、V參量表示的絕熱過(guò)程方程 （2）式的g次冪除以（1）式得由T、P參量表示的絕熱過(guò)程方程 9.5 試說(shuō)明為什么氣體熱容的數(shù)值可以有無(wú)窮多個(gè)，什么情況下氣體的熱容是零?什么情況下是無(wú)窮大?什么情況下是正值和負(fù)值? 答：由于不同過(guò)程氣體的熱容不同，而過(guò)程可

3、有無(wú)窮多個(gè)，所以熱容就有無(wú)窮多個(gè)。在絕熱過(guò)程中氣體的熱容為0；等溫過(guò)程中氣體的熱容為無(wú)窮大；在n<1和n>g的多方過(guò)程中熱容為正，在1<n<g的多方過(guò)程中熱容為負(fù)。9.6 理想氣體從同一狀態(tài)下開(kāi)始分別經(jīng)一個(gè)絕熱過(guò)程ab、多方過(guò)程ad和ac到達(dá)溫度相同的末態(tài)，如圖9.22所示，試討論兩個(gè)多方過(guò)程熱容的正負(fù)? 答：由于ad過(guò)程多方指數(shù)n<1，所以其熱容為正；ac過(guò)程多方指數(shù)1<n<g，所以其熱容為負(fù)。9.7 試論述以下幾種說(shuō)法是否正確? (1) 功可以完全變成熱，但熱不能完全變成功； (2) 熱量不能從低溫物體傳到高溫物體； (3) 不可逆過(guò)程就是不能沿相

4、反方向進(jìn)行的過(guò)程。答：（1）正確。符合熱力學(xué)第二定律； （2）、（3）錯(cuò)誤。當(dāng)外界不能復(fù)原時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)。9.8 熱機(jī)效率公式之間有何區(qū)別和聯(lián)系? 答：前者是普遍適用的，而后者僅對(duì)卡諾循環(huán)才適用，在卡諾循環(huán)下，二者等價(jià)。9.9 在P-V圖上，絕熱過(guò)程曲線與等溫過(guò)程曲線不相同，絕熱線的斜率較大，說(shuō)明了什么? 答：在P-V圖上，絕熱線的斜率比等溫線大說(shuō)明在體積增加相同的情況下，絕熱過(guò)程的壓強(qiáng)減少要比等溫過(guò)程壓強(qiáng)減少的大。這是由于絕熱過(guò)程中，壓強(qiáng)的減少還由溫度的降低所引起。9.10 一條等溫線和一條絕熱線有可能相交兩次嗎?為什么? 答：不能相交兩次。這是因?yàn)榻^熱線的斜率總是大于等溫線的斜率。9.11

5、試比較圖9.23所示各個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)卡諾循環(huán)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外界所作的凈功A，所吸收的熱量Q1和效率(用""、""或"="符號(hào)表示，并注意圖中各等溫線與絕熱線所圍的面積相等)。 答：在左圖中，A>A，=，1>2；在右圖中，AA，>，1<2；9.12 有人想設(shè)計(jì)一種熱機(jī)，利用海洋中深度不同處的水溫不同，而將海水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這種熱機(jī)是否違反熱力學(xué)第二定律? 答：可看成非單一熱源，故不違反熱力學(xué)第一定律。9.13 如圖9.24表示理想氣體的一條等溫線和一絕熱線族。試由熵的概念論證：越是在右邊和等溫線相交的絕熱線所對(duì)應(yīng)的

6、熵值越大。答：在同一條絕熱線上其熵相等，在等溫線上從左向右，系統(tǒng)吸收熱量，溫度不變，故熵增加，所以，越是在右邊和等溫線相交的絕熱線所對(duì)應(yīng)的熵值越大。9.14 圖9.25所示的閉合過(guò)程曲線中，各部分的過(guò)程圖線如圖所示。試填表說(shuō)明各分過(guò)程中，V、P、T、A、Q、U各量的正負(fù)號(hào)。(A為正值時(shí)表示系統(tǒng)對(duì)外界作功，Q為正值時(shí)表示系統(tǒng)吸熱，其余各量，正表示增加，負(fù)表示減少) 答：一次為：正，正，正，正，正；正，負(fù)，負(fù)，正，負(fù)；，正，正，正，正；負(fù)，正，負(fù)，負(fù)，。9.15 某一定量的理想氣體完成一閉合過(guò)程，該過(guò)程在P-V圖上表示的過(guò)程曲線如圖9.26所示，試畫(huà)出這個(gè)過(guò)程在V-T圖中的過(guò)程曲線。答：這個(gè)過(guò)程在

7、V-T圖中的過(guò)程曲線如下：10.1 一定量的某種理想氣體，當(dāng)溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)隨體積的增大而減小;當(dāng)體積不變時(shí)，其壓強(qiáng)隨溫度的升高而增大，從微觀角度看，壓強(qiáng)增加的原因是什么？答：壓強(qiáng)增加的原因是由于體積減小時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加，氣體分子在單位時(shí)間與單位面積氣壁碰撞的次數(shù)增多；當(dāng)體積不變時(shí)，溫度升高，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，同樣單位時(shí)間與單位面積氣壁碰撞的次數(shù)增多。而壓強(qiáng)則是氣體分子不斷碰撞氣壁的結(jié)果，故壓強(qiáng)增大。10.2 氣體處于平衡時(shí)分子的平均速度有多大？答：氣體處于平衡時(shí)分子的平均速度為0。10.3 氣體處于平衡態(tài)時(shí)，按統(tǒng)計(jì)規(guī)律性有 (1) 如果氣體處于非平衡態(tài)，上式是否成立？(2) 如

8、果考慮重力的作用，上式是否成立？(3) 當(dāng)氣體整體沿一定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上式是否成立？答：氣體處于平衡時(shí)，按統(tǒng)計(jì)假設(shè)有（1）如果氣體處于非平衡態(tài)，上式不成立；（2）如果考慮重力的作用，上式仍然成立；（3）當(dāng)氣體整體沿一定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上式不成立。10.4 速率分布函數(shù)的物理意義是什么?試說(shuō)明下列各式的物理意義： (1) 答：速率分布函數(shù)的物理意義是指在速率u附近單位速率間隔范圍內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的比率，即分子速率為u的概率密度。（1）代表速率在速率區(qū)間的分子數(shù)比率；（2）代表速率在速率區(qū)間的分子數(shù)；（3）代表速率在速率區(qū)間的分子數(shù)比率；（4）代表速率在速率區(qū)間的分子數(shù)。10.5 空氣中H2分子和N

9、2分子的平均速率之比是多少？如果H2分子的平均速率較大，這是否意味著空氣中所有氫分子都比氮分子運(yùn)動(dòng)得快？答：利用，并考慮溫度相同，則，即。但這并不意味空氣中所有氫分子都比氮分子運(yùn)動(dòng)的快。10.6 用哪些方法可使氣體分子的平均碰撞頻率減少？用哪些方法可使分子的平均自由程增大，這種增大有沒(méi)有一個(gè)限度？答：可通過(guò)降低溫度（使減少）和減小氣體密度（較小n值）使氣體分子的平均碰撞頻率減少；可通減小氣體密度使分子的平均自由程增大，但這種增大受到容器大小的限制。10.7 如果氦和氫的溫度相同，兩種氣體分子的平均平動(dòng)能是否相同，平均總動(dòng)能是否相同？答：若氦和氫的溫度相同，則兩種氣體分子的平均平動(dòng)能相同，均為3

10、KT/2；但平均總動(dòng)能不相同，這是由于它們的自由度不同。10.8 指出以下各式所表示的物理意義(1) 答：（1）代表氣體分子對(duì)一個(gè)自由度的能量平均值；（2）代表氣體分子的平均平動(dòng)動(dòng)能；（3）自由度為i的1mol 氣體的內(nèi)能；（4）質(zhì)量為M，摩爾質(zhì)量為m，自由度位3的氣體的內(nèi)能。10.9 氣體內(nèi)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象的原因是什么？怎樣理解三個(gè)遷移系數(shù)都與和有關(guān)？答：氣體內(nèi)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象的原因是由于分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，使得氣體分子不斷地相互碰撞和相互攙和，不斷地進(jìn)行能量和動(dòng)量的交換。反映了無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，越大（氣體溫度越高），遷移現(xiàn)象進(jìn)行的就越快；則反映了分子間碰撞的頻繁程度，越大，微觀上就意味著分子

11、在單位時(shí)間內(nèi)碰撞次數(shù)少，遷移現(xiàn)象進(jìn)行的就快。10.10 在什么條件下，范德瓦爾斯方程就趨于理想氣體狀態(tài)方程？答：在壓強(qiáng)不太高（P<100atm），溫度不太低的條件下，范德瓦爾斯方程就趨于理想氣體狀態(tài)方程。10.11 你知道孤立系統(tǒng)的無(wú)序度、熱力學(xué)幾率與熵之間有什么關(guān)系嗎？答：孤立系統(tǒng)的熵是無(wú)序度的量度；熱力學(xué)幾率大對(duì)應(yīng)的熵大，系統(tǒng)越無(wú)序；熱力學(xué)處于一平衡態(tài)時(shí)，幾率最大，對(duì)應(yīng)的熵也最大，系統(tǒng)達(dá)到完全無(wú)序。11.1 說(shuō)明下列運(yùn)動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧振動(dòng)：（1）拍皮球時(shí)的上下運(yùn)動(dòng)；（2）一個(gè)球沿著半徑很大的光滑凹球面往返滾動(dòng)，小球所經(jīng)過(guò)的弧線很短，如圖11.26所示；（3）豎直懸掛的輕彈簧的下端系一重物

12、，把重物從靜止位置下拉一段距離（在彈簧的彈性限度內(nèi)），然后放手任其運(yùn)動(dòng)（忽略阻力影響）；（4）小球在半徑很大的光滑凹球面底部作小幅度的擺動(dòng)；（5）曲柄連桿機(jī)構(gòu)使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；（6）小磁針在地磁的南北方向附近擺動(dòng)。答：（1）因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所受重力不是線性回復(fù)力，故這種振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧振動(dòng)；（2）因重力沿運(yùn)動(dòng)球面的分力可表示為，它是線性回復(fù)力，故為簡(jiǎn)諧振動(dòng)；（3）是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。因?yàn)榭稍谄胶馕恢茫ú粚?duì)應(yīng)彈簧的自然狀態(tài)）附近振動(dòng)。重力和彈力共同充當(dāng)了線性回復(fù)力；（4）是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。因?yàn)槭够钊颠\(yùn)動(dòng)的連桿另一端與繞圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄相連，故活塞運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系是正弦變化的；（5）是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，這類(lèi)似于單

13、擺的振動(dòng)。11.2 分析下列表述是否正確 ，為什么？（1）若物體受到一個(gè)總是指向平衡位置的合力，則物體必然作振動(dòng)，但不一定是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。（2）簡(jiǎn)諧振動(dòng)過(guò)程是能量守恒的過(guò)程，因此，凡是能量守恒的過(guò)程就是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。答：（1）正確。因?yàn)槭芑貜?fù)力作用，使得物體在平衡位置附近往返運(yùn)動(dòng)，故是振動(dòng)；但由于回復(fù)力不一定是線性回復(fù)力，故振動(dòng)一定是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。（2）錯(cuò)。保持能量守恒的過(guò)程不一定是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。例如，勻速直線運(yùn)動(dòng)，能量保持守恒，但它不是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。11.3 三個(gè)完全相同的單擺，在下列各種情況下，它們的周期是否相同？如不相同，哪個(gè)大？哪個(gè)小？（1）第一個(gè)在教室里，第二個(gè)在勻速前進(jìn)的火車(chē)上，第三個(gè)在勻加速水平前進(jìn)

14、的火車(chē)上。（2）第一個(gè)在勻速上升的升降機(jī)中，第二個(gè)在勻加速上升的升降機(jī)中，第三個(gè)在勻減速上升的升降機(jī)中。答：（1）周期相同。第一個(gè)和第二個(gè)平衡位置在最低點(diǎn)，而第三個(gè)的平衡位置向背離加速度的方向偏離；（2）由可知，第二個(gè)相當(dāng)于增加了重力加速度g，第三個(gè)相當(dāng)于減小了重力加速度g。故三個(gè)單擺的周期不同，其大小關(guān)系為：。12.1 波動(dòng)與振動(dòng)有何區(qū)別和聯(lián)系？答：振動(dòng)的傳播就是波。振動(dòng)是一質(zhì)點(diǎn)（或某一物量）在平衡位置附近的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而波是多個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近的振動(dòng)，它是通過(guò)媒質(zhì)的彈性（或場(chǎng)量的相互激發(fā)）把波源的振動(dòng)狀態(tài)傳遞給其他質(zhì)點(diǎn)。振動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能和勢(shì)能互相交換，其總能量保持不變。而在波動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)

15、能大小相等，相位相同，都是時(shí)間的周期函數(shù)。它不斷地接受來(lái)自波源的能量，同時(shí)也不斷地把能量釋放出去。12.2 機(jī)械波形成的條件是什么？答：機(jī)械波形式的條件有：1）存在波源(即物體的振動(dòng)）；2) 存在傳播機(jī)械波的彈性媒質(zhì)。12.3 在同一種介質(zhì)中傳播著兩列不同頻率的簡(jiǎn)諧波，它們的波長(zhǎng)是否可能相等？為什么？如果這兩列波分別在兩種介質(zhì)中傳播，它們的波長(zhǎng)是否可能相等？為什么？答：它們的波長(zhǎng)不可能相等。因?yàn)楦鶕?jù)波的疊加原理（獨(dú)立性原理）可知，一列波的狀態(tài)不因其它波的存在與否，故兩列不同頻率的簡(jiǎn)諧波在同一種介質(zhì)中頻率仍然不同，但在同一種介質(zhì)中，波速是相同的，所以它們的波長(zhǎng)也不可能相等。若這兩列波分別在兩種介

16、質(zhì)中傳播，它們的波長(zhǎng)則可能相等。這是因?yàn)椋鼈兊念l率和波速都不相同，據(jù)知，它們的波長(zhǎng)可能相等。12.4 當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時(shí)，波長(zhǎng)、頻率、波速、振幅各量中哪些量會(huì)改變？哪些量不會(huì)改變？答：當(dāng)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的頻率不變（等于波源的頻率）；波速（由介質(zhì)決定）、波長(zhǎng)（）、振幅都會(huì)發(fā)生改變。12.5 根據(jù)波長(zhǎng)、頻率、波速的關(guān)系式 ，有人認(rèn)為頻率高的波傳播的速度大，你認(rèn)為對(duì)否？答：由認(rèn)為頻率高的波傳播速度大是錯(cuò)誤的。波的傳播速度是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的，與波的頻率無(wú)關(guān)。12.6波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)是否“隨波逐流”?“長(zhǎng)江后浪推前浪”這句話從物理上說(shuō)，是否有根據(jù)？ 答：波傳播時(shí)，介質(zhì)

17、質(zhì)點(diǎn)并不“隨波逐流”?！伴L(zhǎng)江后浪推前浪”這句話從物理上說(shuō)是無(wú)根據(jù)的，前浪并不因后浪（波）的存在而改變其傳播。12.7（1）為什么有人認(rèn)為駐波不是波？（2）駐波中，兩波節(jié)間各個(gè)質(zhì)點(diǎn)均作同相位的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，那么，每個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的能量是否保持不變？答：（1）有人認(rèn)為駐波不是波，是因?yàn)樵隈v波中，波腹附近的動(dòng)能與波節(jié)附近的勢(shì)能之間不斷進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移，但沒(méi)有能量的定向傳播，同時(shí)也看不到波形的定向移動(dòng)。（2）駐波中，兩波節(jié)各質(zhì)點(diǎn)雖作同相位簡(jiǎn)諧振動(dòng)，但每個(gè)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的能量并非保持不變。12.8 為什么在振動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)物體在平衡位置時(shí)動(dòng)能最大，而勢(shì)能為零；在最大位移處動(dòng)能為零，而勢(shì)能最大？為什么在波動(dòng)過(guò)程中參與波

18、動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)時(shí)，卻是在平衡位置動(dòng)能和勢(shì)能同時(shí)達(dá)到最大值，在最大位移處又同時(shí)為零？答：在振動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)物體在平衡位置時(shí)其速率最大，位移為零，故動(dòng)能最大而勢(shì)能為零；在最大位移處，由于振動(dòng)物體位移最大，速率為零，故其動(dòng)能為零，而勢(shì)能最大。在波動(dòng)過(guò)程中參與波動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)時(shí)，在平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的速率最大，同時(shí)此處媒質(zhì)的彈性形變也最大，故平衡位置處動(dòng)能和勢(shì)能同時(shí)達(dá)到最大值；在最大位移處，質(zhì)點(diǎn)的速率為零，同時(shí)彈性形變也為零，故動(dòng)能和勢(shì)能同時(shí)為零。12. 在某一參考系中，波源和觀察者都是靜止的，但傳播的介質(zhì)相對(duì)與參考系是運(yùn)動(dòng)的.假設(shè)發(fā)生了多普勒效應(yīng)，問(wèn)接收到的波長(zhǎng)和頻率如何變化？答：接收到的波長(zhǎng)和頻率均不改

19、變。13.1 為什么在日常生活中，聲波的衍射比光波的衍射更加顯著?答：因日常生活中遇到的障礙物或縫寬比聲波的波長(zhǎng)小或相差不大，但卻比光波的波長(zhǎng)大得多。13.2 光柵衍射和單縫衍射有何區(qū)別? 為何光柵衍射的明紋特別的亮而暗區(qū)很寬?答：光柵衍射相當(dāng)于多縫衍射。明紋分得很開(kāi)且很細(xì)，條紋變得很亮，在兩主明條紋之間暗條紋數(shù)有N2個(gè)，由于N很大，實(shí)際上在兩主明紋間是一暗區(qū)，故暗區(qū)很寬，光強(qiáng)度主要集中到很窄的主明紋區(qū)，所以衍射的明紋特別亮。13.3 在一對(duì)正交的偏振片之間放一塊1/4波片，用自然光入射。(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)1/4波片光軸方向，出射光的強(qiáng)度怎樣變化? (2) 如果有強(qiáng)度極大和消光現(xiàn)象，那么1/4波片的

20、光軸應(yīng)處于什么方向? 這時(shí)從1/4波片射出的光的偏振狀態(tài)如何?答：（1）設(shè)1/4波片的光軸與其前的偏振片的偏振化方向的夾角為，則出設(shè)光強(qiáng)其中是入射自然光的光強(qiáng)，故轉(zhuǎn)動(dòng)1/4波片光軸方向，出射光的強(qiáng)度按上式變化。（2）如果有強(qiáng)度極大和消光現(xiàn)象，那么1/4波片的光軸應(yīng)分別為和或；前者從1/4波片出射的光是圓偏振光，后者從1/4波片出射的光是振動(dòng)方向同其入射光的偏振方向的線偏振光。14.1 確認(rèn)狹義相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)，為什么必須修改伽利略變換？答：是因?yàn)閺膬蓚€(gè)基本假設(shè)出發(fā)所得時(shí)空坐標(biāo)變換關(guān)系與伽利略變換相矛盾。14.2 同時(shí)的相對(duì)性是什么意思？為什么會(huì)有這種相對(duì)性？如果光速是無(wú)限大，是否還有同時(shí)的相

21、對(duì)性。答：同時(shí)的相對(duì)性是指在一參考系不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩事件，在任何其它與之相對(duì)運(yùn)動(dòng)的參照系看來(lái)是不同時(shí)發(fā)生的。同時(shí)的相對(duì)性結(jié)論是由光速不變?cè)頉Q定的，它反映了時(shí)空的性質(zhì)。如果光速是無(wú)限大的，就不存在同時(shí)的相對(duì)性了。14.3 相對(duì)論中，在垂直于兩個(gè)參考系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向上，長(zhǎng)度的量度與參考系無(wú)關(guān)，而為什么在這個(gè)方向上的速度分量卻又和參考系有關(guān)？答：這是由于時(shí)間因參考系的變化而不同，速度又是位移的時(shí)間變化率。14.4 能把一個(gè)粒子加速到光速嗎？為什么？答：若粒子的靜止質(zhì)量不為零，這樣的粒子不可能加速到光速，其原因是粒子的能量當(dāng)時(shí)，故在做有限功時(shí)，不可能將其速度加速到光速，只能無(wú)限的趨向于光速。14

22、.5 如果我們說(shuō)，在一個(gè)慣性系中測(cè)得某兩個(gè)事件的時(shí)間間隔是它們的固有時(shí)間，這就意味著，在該慣性系中觀測(cè)，這兩個(gè)事件發(fā)生在 同一 地點(diǎn)，若在其他慣性系中觀測(cè)，它們發(fā)生在 不同 地點(diǎn)，時(shí)間間隔 大 于固有時(shí)間。15.1 絕對(duì)黑體和平常所說(shuō)的黑色物體有什么區(qū)別？答：絕對(duì)黑體是對(duì)照射其上的任意輻射全部吸收而不發(fā)生反射和透射的物體，而平常所說(shuō)的黑色物體是只反射黑顏色的物體。15.2 普朗克量子假設(shè)的內(nèi)容是什么？答：普朗克量子假設(shè)的內(nèi)容是物體發(fā)射和吸收電磁輻射能量總是以為單位進(jìn)行。15.3 光電效應(yīng)有哪些實(shí)驗(yàn)規(guī)律？用光的波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)遇到了哪些困難？答：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律為：1）陰極K在單位時(shí)間內(nèi)所

23、發(fā)射的光子數(shù)與照射光的強(qiáng)度成正比；2）存在截止頻；3）光電子的初動(dòng)能與照射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，而與頻率成線性關(guān)系；4）光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。用光的波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)遇到的困難在于：1）按照波動(dòng)理論，光波的能量由光強(qiáng)決定，因而逸出光電子的初動(dòng)能應(yīng)由光強(qiáng)決定，但光電效應(yīng)中光電子的初動(dòng)能卻與光強(qiáng)無(wú)關(guān)；2）若光波供給金屬中“自由電子”逸出表面所需的足夠能量，光電效應(yīng)對(duì)各種頻率的光都能發(fā)生，不應(yīng)存在紅限；3）光電子從光波中吸收能量應(yīng)有一個(gè)積累過(guò)程，光強(qiáng)越弱，發(fā)射光子所需時(shí)間就越長(zhǎng)。這都與光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相矛盾。15.4 波長(zhǎng)為0.1nm的X射線，其光子的能量= ；質(zhì)量m = ；動(dòng)量p = 。15.5 怎樣理解

24、光的波粒二象性？答：光即具有波動(dòng)性，又具有粒子性，光是粒子和波的統(tǒng)一，波動(dòng)和粒子是光的不同側(cè)面的反映。15.6 氫原子光譜有哪些實(shí)驗(yàn)規(guī)律？答：氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律在于氫原子光譜都由分立的譜線組成，并且譜線分布符合組合規(guī)律 k取，分別對(duì)應(yīng)于賴曼線系，巴耳米線系，帕形線系，15.7 原子的核型結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典理論存在哪些矛盾？答：原子的核型結(jié)構(gòu)與經(jīng)典理論存在如下矛盾：1）按經(jīng)典電磁輻射理論，原子光譜應(yīng)是連續(xù)的帶狀光譜；2）不存在穩(wěn)定的原子。這些結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)事實(shí)矛盾。15.8 如果槍口的直徑為5mm，子彈質(zhì)量為0.01kg，用不確定關(guān)系估算子彈射出槍口時(shí)的橫向速率。解：由不確定關(guān)系得即子彈射出槍口時(shí)的

25、橫向速率為?？梢?jiàn)宏觀粒子的波動(dòng)性可以忽略。15.9 怎樣理解微觀粒子的波粒二象性？答：象光一樣，實(shí)物粒子也具有波粒二象性，由于在通常情況下，實(shí)物粒子的波動(dòng)性不明顯而被忽視了。實(shí)物粒子也是粒子和波的統(tǒng)一，但粒子和波動(dòng)都已不是經(jīng)典意義下的概念。通過(guò)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)磶茁什ǎ⒍呓y(tǒng)一起來(lái)了。15.10 什么是德布羅意波？哪些實(shí)驗(yàn)證實(shí)微觀粒子具有波動(dòng)性？答：把與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波，或叫物質(zhì)波。波的頻率和波長(zhǎng)與實(shí)物粒子的能量和動(dòng)量有如下德布羅意公式，。戴維孫和草末通過(guò)電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了微觀粒子的波動(dòng)性。15.11 如果加速電壓，還可以用公式來(lái)計(jì)算電子的德布羅意波長(zhǎng)嗎？為什么？答：若電壓

26、，就不能用公式來(lái)計(jì)算電子的德布羅意波長(zhǎng)。這是因?yàn)榱Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)速度不能滿足低速近似條件，必須考慮相對(duì)論效應(yīng)。（15.12 波函數(shù)的物理意義是什么？它必須滿足哪些條件？答：波函數(shù)的物理意義是波函數(shù)的模方代表波所描述的粒子在空間的幾率密度。代表t時(shí)刻在點(diǎn)附近體元內(nèi)出現(xiàn)粒子的幾率。波函數(shù)必須滿足的標(biāo)準(zhǔn)條件為：有限，單值，連續(xù)。同時(shí)在具體的物理問(wèn)題中，要滿足相應(yīng)的邊界條件。15.13 在量子力學(xué)中，一維無(wú)限深勢(shì)阱中的粒子可以有若干個(gè)態(tài)，如果勢(shì)阱的寬度緩慢地減少至某一較小的寬度，則下列說(shuō)法中正確的是：（1）每一能級(jí)的能量減少；（2）能級(jí)數(shù)增加；（3）相鄰能級(jí)的能量差增加；（4）每個(gè)能級(jí)的能量不變。答：（3）

27、15.14 斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)怎樣說(shuō)明了空間量子化？怎樣說(shuō)明電子具有自旋？答：因?yàn)榫哂写啪氐脑釉诓痪鶆虼艌?chǎng)中除受磁力矩外，還受到與運(yùn)動(dòng)方向垂直的磁力作用，這將使原子束偏轉(zhuǎn)。所以斯特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)（在底片上出現(xiàn)兩條對(duì)稱(chēng)分布的原子沉積）就說(shuō)明原子具有磁矩。且磁矩在外磁場(chǎng)中只有兩種可能的方向，即空間是量子化的。對(duì)于角量子數(shù)為的原子，其軌道角動(dòng)量z分量和軌道磁矩有個(gè)不同值，即取奇數(shù)個(gè)不同值。故實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯然不是電子軌道磁矩所為。這樣就說(shuō)明電子還存在其它角動(dòng)量及磁矩。為此烏倫貝克和高德斯密特就提出了電子自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)，電子自旋（磁矩）在空間有兩個(gè)取向。15.15 描述原子中電子定態(tài)需要哪幾個(gè)量子數(shù)？取值范

28、圍如何？它們各代表什么含義？答 主量子數(shù)n：n=1，2，它基本上確定了電子的能級(jí)。角量子數(shù)，它決定原子角動(dòng)量的大小，對(duì)能量也有一定影響。磁量子數(shù)，決定軌道角動(dòng)量L在外磁場(chǎng)中的取向。自旋磁量子數(shù)，它決定自旋在外磁場(chǎng)中的取向。15.16 簡(jiǎn)述泡利不相容原理和能量最低原理。答：泡利不相容原理：一個(gè)原子中任何兩個(gè)電子都不可能處在完全相同的量子態(tài)。能量最低原理：原子處于正常態(tài)時(shí)，每個(gè)電子都趨向占據(jù)可能的最低能級(jí)，使原子系統(tǒng)的總能量盡可能的低。*15.17 什么叫自發(fā)輻射和受激輻射？從輻射的機(jī)理來(lái)看普通光源和激光光源的發(fā)光有何不同？答：處于高能態(tài)的原子由于不穩(wěn)定而自發(fā)的躍遷到低能態(tài)，同時(shí)輻射出光子，這一過(guò)

29、程叫自發(fā)輻射。處于高能態(tài)的原子，若受到入射光等的激勵(lì)，會(huì)從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，同時(shí)輻射一個(gè)與入射光子的頻率，傳播方向，偏振態(tài)均相同的光子，此過(guò)程稱(chēng)為受激輻射。從輻射的機(jī)理來(lái)看，普通光是自發(fā)輻射產(chǎn)生的，由于它是一種隨機(jī)的過(guò)程，各原子的輻射完全是自發(fā)地獨(dú)立進(jìn)行，各原子輻射的光的頻率，傳播方向，相位和偏振態(tài)等均無(wú)確定關(guān)系，因而是不相干光。激光是通過(guò)受激輻射產(chǎn)生的，由于受激輻射發(fā)射的光子與入射光子狀態(tài)（頻率、位相、偏振等）完全相同。因而是相干光。*15.18 什么叫粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)需要具備什么條件？答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布不同于玻耳茲曼分布，使能量高的能級(jí)的粒子數(shù)大于能量低的能級(jí)的粒子數(shù)，亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的存在是實(shí)觀粒子數(shù)反轉(zhuǎn)所必須具備的條件。*15.19 產(chǎn)生激光的必要條件是什么？答：產(chǎn)生激光的必要條件是實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。*15.20 激光諧振腔在激光的形成過(guò)程中起哪些作用？答：激光諧振腔在激光的形成過(guò)程中所起的作用是提高受激輻射幾率，而且使某一方向上的受激輻射占優(yōu)勢(shì)。*15.21 絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)有什么不同？答：絕緣體和半導(dǎo)體都具有充滿電子的滿帶和隔離空帶與滿帶的禁帶。半導(dǎo)體的禁帶較窄（約為），絕緣體的禁帶較寬（約為）。而導(dǎo)體與它們?cè)谀軒ЫY(jié)構(gòu)上有質(zhì)的區(qū)別，存在未被電子填滿的價(jià)帶，或者最高的滿帶與較高的空帶存在交疊(形成