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习题、详解、答案1(3)

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的方向递减或递增?

~??~??~,随??之增加而减小。 答:??n?1n以赖曼系为例予以说明

?(???R11?2), n?2, 3, 4? 21n??1111RR???n???n??R(2???)?R(2??)??1??n1(n?12)1n2n2n?(

1?2n?1?R?(2? ? R)222n2(n?1)nn(?1)n2n?(1)12)

?n朝着??n增加(短波)的我们看到,随着n的增大,相邻两谱线间的间距??方向在减小。这是由于随着n的增大,能级间隔在减小的原因。 1.8. 求波长为0.1 nm的电子和中子的动量和动能。

?34 J?s解:电子:p?h?6.626?10?6.626?10?24 kg?m?s?1

?0.1?10?9 m 电子质量me?9.110?10?31kg

p2(6.626?10?24)2?17T???2.410?10 J ?312me2?9.110?106.626?10?34 J?s?24?1?6.626?10 kg?m?s 中子: p?? ?9?0.1?10 mh中子质量mn?1.675?10?27kg

p2(6.626?10?24)2T???1.311?10?20 J ?272mn2?1.675?101.9. 求下列粒子的德布罗意波长:

(4) 能量为100 eV的自由电子; (5) 能量为0.1 eV的自由中子; (6) 能量为0.1 eV,质量为1g的粒子。

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hh6.626?10?34解:(1)??? ??31?19p2meT2?9.110?10?100?1.602?10 ?1.226?10?10 m?122.6 pm

(2)??6.626?10?342?1.675?10?27?0.1?1.602?10?19 ?9.045?10?11 m?90.45 pm

(3)??6.626?10?342?1.0?10?0.1?1.602?10?3?19 ?1.171?10?22 m?1.171?10?10 pm

1.10. 用速度? ?1?109cm?s?1的电子进行衍射试验,若所用晶体粉末的面间距离

为242 pm,晶体粉末离底板距离为2.5 cm,求第2条和第3条衍射环纹的半径。 解:根据公式 2dsinαr?nλ 和 tg??进行计算 2l其中d为晶体粉末的面间距;λ为电子的波长;?为衍射角;n为衍射级次,

n?1, 2, 3,?;r为衍射环纹的半径,l为晶体粉末离底板的距离。

n=2时:

α?h6.626?10?34 sin????0.3006 ?319?2?122dme?d(9.110?10)?(1?10?10)?(242?10)??34.99?

r?l?tg??2.5?0.6999?1.750 cm

n=3时:

α3h3?6.626?10?34 sin???0.4508

22me?d2?(9.110?10?31)?(1?109?10?2)?(242?10?12)??53.59?

r?l?tg??2.5?1.356?3.390 cm

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1.11. 一个运动速度为?的自由粒子,有人作了如下推导:

m?apbhch?dEe???1m?2

1得出1=的错误结论,试问其推导过程中哪些过程是错误的。

2答:过程c和e有误。 c中引入???是错误的,这里的?是振动的传播速度,而非粒子的运动速度,?而开始的m?中的?为粒子运动速度。

11e中引入E?m?2是错误的,这里E不是动能,因此,E?mv2。

221.12. 测不准关系限制我们同时测定粒子的动量和坐标,但为什么经典的物体不

受限制呢?计算一个在一球拍上10-6 m范围内的质量为500 g的球的速度的最小不确定程度是多少?一个质量为5 g,速度在35.00001至35.00000 ms-1的物体,其位置的不确定程度是多少?由此可知为什么经典物理不受测不准原理的限制。

1解: ?x??p??

2 因????p, ?p?m??? m? 2m ?x?????h6.626?10?34???1.055?10?28(m?s?1) ????62m?x4?m?x4?3.1416?0.5?10 由此看到,??是如此之小,可以忽略不计。

?h6.626?10?34?27???1.055?10(m) ?x??3?52m??4?m??4?3.1416?5?10?10 由此看到,??也是如此之小,也可以忽略不计。

13

m?s?1运动,其质量增加多1.13. 一个静止质量为1000g的物体,以速度??3000少克?若速度为3?105 ms-1,3?107 ms-1,1?108 ms-1,1.5?108 ms-1其质量分别增加多少克? 解:m?m0,m0?1000 g

?1?()2c m?s时,m? (1)当??3000 ?m?5?10?8g

?110001?10?10?1000.00000005 g

(2)??3?10ms时,?m?5?10?4g

5 -1

g (3)??3?10ms时,?m?5.0378(4)??1?10ms时,?m?60.66 g (5) ??1.5?10ms时, ?m?154.70 g 我们看到,随着?的增加,?m迅速增大。

8

-1

8

-1

7 -1

1.14. 1000 kg水由0℃升到100℃,其质量有何变化?是否需要考虑其质量的变

化?

解: 1000 kg水由0℃升高到100℃吸收热量:

Q?1000?103g?1 cal?g-1?(100?0)?1?107 cal 1 cal=4.184 J

Q?4.18? J4710 E?mc2

E4.184?107?9?7 m?2??0.465?10 kg?5?10g 82c(3?10) 由此可见,质量变化非常小,因此不需要考虑质量的变化。

?是线性算符,则aF?和F?也是线性算符。式中a,b?和G?+bG?G1.15. 证明如果F

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为常数。

?是线性算符,则有: ?和G证明:(1) 如果F?(u?u)?F?u?F?u F (1) 1212?(u?u)?aF?u?aF?u (2) aF1212?(u?u)?G?u?G?u (3) G1212?(u?u)?bG?u?bG?u (4) bG1212(2)+(4)得:

?(u?u)?aF?u?bG?u ?(u?u)?bG?u?aF?u?bGaF12121212?)(u?u)?(aF?)u?(aF?)u ??bG??bG??bG(aF1212?是线性算符。 ?+bG所以aF?(u?u)?F?u?G?u)?F?u?F?u ?G?(G?G?G (2) F121212?也是线性算符。 ?G 所以F??G?F?是厄米算符,则F?和F?和G?+G?G?也是厄米算符。 1.16. 证明若F?是厄米算符,则有: ?和G证明:若F?u(F?G)vd???u(Fv?Gv)d???u?*?*??*??*Fvd???uGvd??*? ??(Fu)vd???(Gu)*vd? ??[(F?G)u]*vd??

?是厄米算符。 ?+G 所以,F*???F?)vd??u*(G?)vd??u*(F?G?)vd? u(FG?G????F?vd??(G?u)*F?u)*G?vd? ??(F??F?u)*vd? ?u)*vd??(F?G=(G?? 15

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