大学物理 原子结构 激光 固体习题.pdf

w w w z h i n a n ch e co m 习题版权属物理学院物理系 大学物理 大学物理 AIIAIIAIIAII 作业 作业No 09No 09No 09No 09原子结构 激光 固体 班级 原子结构 激光 固体 班级 学号学号 姓名姓名 成绩成绩 一 选择题一 选择题 1 有下列四组量子数 1 n 3 l 2 ml 0 2 1 s m 2 n 3 l 3 ml 1 2 1 s m 3 n 3 l 1 ml 1 2 1 s m 4 n 3 l 0 ml 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 解解 根据泡利不相容原理四个量子数n l ml s m不能完全相同知 1 3 和 4 组是 正确的 故选 C C C 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 sl mmln 可能取的值 为 A 3 2 1 2 1 B 2 1 0 2 1 C 2 1 1 2 1 D 1 0 0 2 1 解解 根据泡利不相容原理知 2p状态的电子四个量子数n l ml 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 BCBCBCBC 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 解解 由 P 型半导体能带特征 P243 知 C 正确 故选 C C C 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 解解 由绝缘体 半导体能带特征 P241 知 D 正确 故选 D D D D w w w z h i n a n ch e co m 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 B 3 和 4 C 1 2 和 3 D 1 2 和 4 解解 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 D D 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sJ1063 6 34 h 基本电荷C1060 1 19 e A 650nm B 628nm C 550nm D 514nm 解解 入射到晶体上的光的能量需满足 E h 则光的波长满足 E hc 即有 nm514m1014 5 106 142 2 1031063 6 7 19 834 E hc 故选 D D D 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 解解 由本征 P 型 N 型半导体能带特征 P242 知 C 正确 故选 C C C 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 导带 空带 禁带 满带 E w w w z h i n a n ch e co m 解解 由激光器中光学谐振腔的功能 P180 知 C 正确故选 C C C C 9 世界上第一台激光器是 D D D 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 解解 由激光器发展历史知 D 正确故选 D D D 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 解解 由激光的产生原理及特性 P182 知 B 正确 故选 B B B B 二 填空题二 填空题 1 多电子原子中 电子的排列遵循原理和原理 解解 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 ml ms 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 2 1 和2 0 0 2 1 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 lz mL 当角 量子数l 2 时 z L的可能取值为 解解 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 2 0 z L w w w z h i n a n ch e co m 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 0 K 时能吸收的辐射最长的波长是 1 09 m 故硅的禁带宽度为eV 普朗克常量sJ1063 6 34 h J106 1eV1 19 解解 吸收辐射最长的波长 则有最小能量 即有硅的禁带宽度 eV14 1 J1082 1 1009 1 1031063 6 19 6 834 hc 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sJ1063 6 34 h J106 1eV1 19 解解 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 m1085 1 6 11067 0 1031063 6 6 19 834 E hc 8 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定性画出 施主能级或受主能级 解解 由 P 型半导体能带构成特征 P243 知 P 型 能带图见右图 施主能级 导带 满带 禁带 导带 满带 受主能级 禁带 a b EE 导带 空带 禁带 满带 受主能级 EE 导带 空带 禁带 满带 导带 满带 受主能级 禁带 E w w w z h i n a n ch e co m 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