2．由??1-TT低27?273（低温热源为27?C）可知?陶瓷?1-低?1-?80.9%T高1300?273T高?1-27?273?76.4%。相比较而言陶瓷发动机的效率高于普通
1000?273和?普通?1-T低T高镍基耐热合金制成的内燃机的效率。
第六章 量子物理
习题解答
一、分析题：
1．请判断下面关于光电效应的说法的正误。（A）入射光强度越大，截止频率越高；（B）靶材料的逸出功越大，截止频率越高；（C）入射光的频率越高，被打出电子的最大动能就越大。
答：（A）错误；（B）正确；（C）正确。 根据光电效应方程h??1Wmv2?W，可知截止频率?0?与入射光强度无
h2关；靶材料的逸出功越大，截止频率越高；入射光的频率越高，被打出电子的最大动能就越大。
2．用一定频率的光照射金属板，哪一项决定电子是否逸出。（A）光的强度；（B）光照时间；（C）板的面积；（D）板的材料。
答：（D）
根据光电效应方程h??关。
3．光子A具有的能量为光子B的两倍,试问：（1）光子A的动量是光子B动量的多少倍；（2）光子A的波长是光子B波长的多少倍。
答：光子所具有的能量E?hv?1Wmv2?W，可知截止频率?0?只与板的材料有
h2hc，光子所具有的动量为λp?mc?hc。由于EA?2EB，故光子A的动量是光子B的动量的2倍，光子λA的波长是光子B的波长的1/2。
4．电子和质子具有相同的动能，请问哪个的德布罗意波长较大？ 答：电子和质子具有相同的动能Ek1?Ek2，故电子和质子的动量为
p1?2m1Ek1，p2?2m2Ek2。
又由于物质的德布罗意波λ?波长。 二、综合题
1．钾的逸出功为2.25eV，请问：可以使钾产生光电效应的入射光的最大波长。
h，且pp2?p1，所以电子波长大于质子
w解：根据光电效应的截止频率v0?，可得
h
w?hv0?hc ?因此可以使钾产生光电效应的入射光的最大波长为
hc6.63?10?34?3?108?7λ??m?5.525?10m?552.5nm ?19w2.25?1.6?102．在普通电视机内，电子被电势差为30.0kV的电场加速，请计算这种电子的德布罗意波长。
解: 电子被加速后所具有的动能为：
Ek?1mv2?30.0?103?1.6?10?19J?4.8?10?15J 26.63?10?342?9.1?10?31?4.8?10?15电子的德布罗意波长：
h???ph?2meEkm?7.2?10?12m
kg的汽车，通过精确测量测得，其质心沿某直线方向的位置3. 一辆1200不确定度为1μm。（1）请计算汽车沿某直线方向速度的不确定度；（2）不确定关系是不是使人、汽车、飞机等普通物体的位置和速度不能被同时测量呢？为什么？
解：（1）由（6-11）可得电子动量不确定度为：
h6.63?10?34?28ΔPx??kg?ms?6.63?10kg?ms ?6Δx1?10故汽车速度不确定度为：Δvx?ΔPx?5.5?10?31ms m（2）不是。人、汽车、飞机等普通物体为宏观物体，而对于宏观物体的位置和速度的不确定度可以忽略。
工程问题解析
太阳能电池
太阳能是一种清洁的可再生能源，主要利用太阳的辐射能量，是未来人类所需能源的主要来源之一。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把太阳能转化成电能的装置，如图片6- 20所示。太阳能电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。目
前,常用太
阳能电池是以光电效应为工作原理，它的基本结构是半导体的pn结，其内部结构如图6- 5所示。太阳光照在半导体pn结上时，光子激发出中性区的电子，大大增加了电子-空穴对，在pn结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
图6-5 pn结内部结构图
图片6- 20 太阳能电池
请分析：
1．太阳能电池产生电能的条件。
2．提高太阳能电池光电转换效率的途径与方法。
参考答案：1．当光线照射太阳能电池表面时，电池材料吸收一部分光子；
光子的能量传递给原子，使原子外层电子发生跃迁成为自由电子,并在PN结两侧集聚形成电势差；当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。因此太阳能电池产生电能的条件是：入射光的频率应不小于PN结中性区电子跃迁的临界频率。
2．提高太阳能电池光电转换效率的途径与方法（1）提高入射光的频率；（2）研发新材料，降低电子的逸出功。
第七章 静电场
习题解答
一.分析题
1. 如果在静电场中作一封闭曲面，曲面内没有净电荷，下面说法哪个正确。 (A) 通过封闭曲面的电场强度通量一定为0，场强一定为0；(B) 通过封闭曲面的电场强度通量不一定为0，场强一定为0；(C) 通过封闭曲面的电场强度通量一定为0，场强不一定为0；(D) 通过封闭曲面的电场强度通量不一定为0，场强不一定为0。
答：(C)
??1根据高斯定理: ?E??dS?S1?0?q,曲面的电场强度通量只与曲面内的电荷
is有关,曲面上任意一点的电场强度与曲面内外的电荷都有关系.当曲面内没有静电荷时,曲面的电场强度通量一定为0,但是曲面外部不一定没有电荷,所以曲面上的电场强度不一定为0。
2. 如习题图7-1所示，点电荷Q被曲面S所包围，曲面外有两个点电荷电量均为q，现将其中一个q移入曲面内，下面说法哪个正确。 (A) 曲面S的电场强度通量不变，曲面上各点场强变化；(B) 曲面S的电场强度通量变化，曲面上各点场强不变；(C) 曲面S的电场强度通量变化，曲面上各点场强变化；(D) 曲面S的电场强度通量不变，曲面上各点场强不变。
习题图7-1 QS q q 答：(C)
根据高斯定理: ????1E?dS?S1?0?qsi,曲面的电场强度通量只与曲面内的电荷
有关,曲面上任意一点的电场强度与曲面内外的电荷都有关系.所以当一个点电荷从曲面外移近取面内后,曲面的通量要发生变化,曲面上的电场强度与电荷的位置有关,所以曲面上的电场强度也要发生变化。
3.关于电场线，以下说法哪个正确。 (A) 电场线上各点的电场强度大小相等；(B) 电场线是一条曲线，曲线上的每一点的切线方向都与该点的电场强度方向平行；(C) 匀强电场中开始处于静止的电荷，在电场力的作用下运动的轨迹必与一条电场线重合；(D) 在无电荷的电场空间，电场线可以相交。
答：(C)
电场线上任意点的切线方向为该点处电场强度的方向；电场线密度表针该点处电场强度的大小；电场为有源场,任意电场线不相交；在均匀场中,电场强度处处相等；电荷在均匀电场中静止开始运动,其运动轨迹必沿与一条电场线运动。
4．如习题图7-2所示，点电荷?q位于圆心O处，A、B、C为同一圆周上的三点。现将试验电荷从A点分别移动到B，C点，则从A点到C点电场力做功最大。请分析是否正确。
答：错误。
点电荷在空间产生的电场成球对称分布，A、B、C三点离点电荷的距离相等，所以试探电荷在三点的
电势相等，从而将一试验电荷从A点分别移动到B和C点，电场力做功都为0。
5．如习题图7-3所示，在一个原来不带电的外表面为球形的空腔导体B内，放置一带有?Q电荷的导体A，A -q A O B C 习题图7-2 则空腔导体B的内表面不带电。请分析是否正确。 答：错误。
根据静电感应，当导体达到静电平衡时，导体内部电场强度处处为0，根据高斯定理，导体内表面所带电荷与空腔导体包围的电荷代数和为0，所以内表面带-Q的电量。
+Q B 习题图7-3