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Examen

Modern Physics with Modern Computational Methods for Scientists and Engineers 3rd Edition by John Morrison | ISBN 9780128177907 | Chapters 1–15 Solution Manual

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This solution manual contains detailed worked solutions for Chapters 1–15 of Modern Physics with Modern Computational Methods for Scientists and Engineers, 3rd Edition by John Morrison. It covers key topics including wave-particle duality, Schrödinger wave equations, hydrogen atoms, semiconductors, relativity, particle physics, and nuclear physics. The material is designed to support students studying modern physics, computational physics, and engineering physics courses. The solutions follow the structure of the official textbook and help reinforce problem-solving techniques and theoretical understanding.

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SOLUTION MANUAL Modern Physics with Modern
Computational Methods: for Scientists and
Engineers 3rd Edition by Morrison Chapters 1- 15

,Table of contents
U U




1.UTheUWave-ParticleUDuality

2.UTheUSchrödingerUWaveUEquation

3.UOperatorsUandUWaves

4.UTheUHydrogenUAtom

5.UMany-ElectronUAtoms

6.UTheUEmergenceUofUMasersUandULasers

7.UDiatomicUMolecules

8.UStatisticalUPhysics

9.UElectronicUStructureUofUSolids

10.UChargeUCarriersUinUSemiconductors

11.USemiconductorULasers

12.UTheUSpecialUTheoryUofURelativity

13.UTheURelativisticUWaveUEquationsUandUGeneralURelativity

14.UParticleUPhysics

15.UNuclearUPhysics

,1

TheU Wave-ParticleU DualityU -U Solutions




1. TheUenergyUofUphotonsUinUtermsUofUtheUwavelengthUofUlight
UisUgivenUbyUEq.U(1.5).UFollowingUExampleU 1.1UandUsubstituti
ngUλU=U200UeVUgives:
hc 1240U eVU ·Unm
= =U6.2UeV
EphotonU= λ 200Unm
2. TheU energyU ofU theU beamU eachU secondU is:
power 100U W
= =U100UJ
EtotalU= time 1U s
TheUnumberUofUphotonsUcomesUfromUtheUtotalUenergyUdividedU
byUtheUenergyUofUeachUphotonU(seeUProblemU1).UTheUphoton’sU
energyUmustUbeUconvertedUtoUJoulesUusingUtheUconstantU1.602
U×U10
−19UJ/eVU,UseeUExampleU1.5.UTheUresultUis:

UE total U
N = = 100UJ =U1.01U×U1020
photons E
pho
ton 9.93U×U10−19
forU theU numberU ofU photonsU strikingU theU surfaceU eachU second.
3.WeUareUgivenUtheUpowerUofUtheUlaserUinUmilliwatts,UwhereU1U
mWU=U10−3UWU.UTheUpowerUmayUbeUexpressedUas:U1UWU=U1UJ
/s.UFollowingUExampleU1.1,UtheUenergyUofUaUsingleUphotonUis
:
1240U eVU ·Unm
hcU =U1.960UeV
EphotonU = 632.8U nm
=
λU
U



WeU nowU convertU toU SIU unitsU (seeU ExampleU 1.5):
1.960UeVU×U1.602U×U10−19UJ/eVU =U3.14U×U10−19UJ
FollowingU theU sameU procedureU asU ProblemU 2:
1U×U10−3UJ/s 15U photons
RateUofU emissionU=U = U3.19U× U10
3.14U×U10−19U J/photonU s

, 2

4. TheUmaximumUkineticUenergyUofUphotoelectronsUisUfoundUu
singUEq.U(1.6)UandUtheUworkUfunctions,UW,UofUtheUmetalsUareUg
ivenUinUTableU1.1.UFollowingUProblemU 1,U EphotonU=Uhc/λU=U6.20
U eV U.U ForU partU (a),U NaU hasU W U =U2.28U eV U:



(KE)maxU=U6.20UeVU−U2.28UeVU =U3.92UeV
Similarly,UforUAlUmetalUinUpartU(b),UWU =U4.08UeVU givingU(KE)maxU=U2.12
U eV

andUforUAgUmetalUinUpartU(c),UWU=U4.73UeVU,UgivingU(KE)maxU=U1.47UeVU.

5.ThisUproblemUagainUconcernsUtheUphotoelectricUeffect.UAsUinUP
roblemU4,UweUuseUEq.U(1.6):
hcU−U
(KE)maxU =
WUλ
whereU WU isU theU workU functionU ofU theU materialU andU theU termU hc/
λU describesUtheUenergyUofUtheUincomingUphotons.USolvingUforUtheUl
atter:
hc
=U(KE)maxU+UWU =U2.3UeVU +U0.9U eVU =U3.2UeV
λU
SolvingU Eq.U (1.5)U forU theU wavelength:
1240U eVU ·Unm
λU= =U387.5Unm
3.2U e
V
6. AUpotentialUenergyUofU0.72UeVUisUneededUtoUstopUtheUflowUofUelect
rons.UHence,U(KE)maxUofUtheUphotoelectronsUcanUbeUnoUmoreUtha
nU0.72UeV.USolvingUEq.U(1.6)UforUtheUworkUfunction:
hc 1240U eVU ·U —U0.72U eVU =U1.98U eV
WU =U —
λ nm
(KE)max
U =

460Unm
7. ReversingU theU procedureU fromU ProblemU 6,U weU startU withU Eq.U (1.6):
hcU 1240U eVU ·U
(KE)maxU = −UWU —U1.98U eVU =U3.19U eV
= nm
λ
240Unm
Hence,UaUstoppingUpotentialUofU3.19UeVUprohibitsUtheUelectronsUfr
omUreachingUtheUanode.

8. JustU atU threshold,U theU kineticU energyU ofU theU electronU isU
zero.U SettingU(KE)maxU=U0U inU Eq.U (1.6),
hc
WU= = 1240U eVU ·U =U3.44U eV
λ0 nm

360Unm

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Editorial: 2020 ISBN: 9780128177914 Edición: Desconocido

Información del documento

Subido en
20 de mayo de 2026
Número de páginas
138
Escrito en
2025/2026
Tipo
Examen
Contiene
Preguntas y respuestas
$15.99

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