Solution Manual for Modern Physics with Modern Computational Methods: for Scientists and Engineers 3rd Edition by John Morrison, ISBN: 9780128177907, All 15 Chapters Covered, Verified Latest

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Modern Physics with Modern Computational Method
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s: for Scientists and Engineers 3rd Edition by John Morr
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ison Chapters 1 - 15
’’’’’’’ ’ ’ ’

,Table of contents
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1.’The’Wave-Particle’Duality

2.’The’Schrödinger’Wave’Equation

3.’Operators’and’Waves

4.’The’Hydrogen’Atom

5.’Many-Electron’Atoms

6.’The’Emergence’of’Masers’and’Lasers

7.’Diatomic’Molecules

8.’Statistical’Physics

9.’Electronic’Structure’of’Solids

10.’Charge’Carriers’in’Semiconductors

11.’Semiconductor’Lasers

12.’The’Special’Theory’of’Relativity

13.’The’Relativistic’Wave’Equations’and’General’Relativity

14.’Particle’Physics

15.’Nuclear’Physics

,1
The’ Wave-Particle’ Duality’ -’ Solutions




1. The’energy’of’photons’in’terms’of’the’wavelength’of’light’is’given’by’Eq.’(
1.5).’Following’Example’ 1.1’and’substituting’λ’=‘200’eV’gives:
hc 1240’ eV’ ·’nm
Ephoton’= = =‘6.2’eV
λ 200’nm
2. The’ energy’ of’ the’ beam’ each’ second’ is:
power 100’ W
Etotal’ = = =‘100’J
time 1’ s
The’number’of’photons’comes’from’the’total’energy’divided’by’the’energy’o
f’each’photon’(see’Problem’1).’The’photon’s’energy’must’be’converted’to’Jo
−19
ules’using’the’constant’1.602’×’10 ’J/eV’,’see’Example’1.5.’The’result’is:
= ‘Etotal’ = 100’J 20
N =‘1.01’×’10
photons
Ephoton 9.93’×’10−19
for’ the’ number’ of’ photons’ striking’ the’ surface’ each’ second.
−3
3. We’are’given’the’power’of’the’laser’in’milliwatts,’where’1’mW’=‘10 ’W’.’Th
e’power’may’be’expressed’as:’1’W’=‘1’J/s.’Following’Example’1.1,’the’ener
gy’of’a’single’photon’is:
hc’E 1240’ eV’ ·’nm =‘1.960’eV
photon’ =‘ = 632.8’ nm
λ’
We’ now’ convert’ to’ SI’ units’ (see’ Example’ 1.5):
−19 −19
1.960’eV’×’1.602’×’10 ’J/eV’ =‘3.14’×’10 ’J

Following’ the’ same’ procedure’ as’ Problem’ 2:
−3
1’×’10 ’J/s 15’ photons
Rate’ of’ emission’=‘ =‘3.19’×’10
3.14’×’10−19’ J/photon’ s

, 2

4. The’maximum’kinetic’energy’of’photoelectrons’is’found’using’Eq.’(1.6)’a
nd’the’work’functions,’W,’of’the’metals’are’given’in’Table’1.1.’Following’Pro
blem’ 1,’ Ephoton’=‘hc/λ’=‘6.20’ eV’.’ For’ part’ (a),’ Na’ has’ W’ =‘2.28’ eV’:

(KE)max’=‘6.20’eV’−’2.28’eV’ =‘3.92’eV

Similarly,’ for’ Al’ metal’ in’ part’ (b),’ W’ =‘4.08’ eV’ giving’(KE)max’=‘2.12’ eV
and’for’Ag’metal’in’part’(c),’W’ =‘4.73’eV’,’giving’(KE)max’=‘1.47’eV’.

5. This’problem’again’concerns’the’photoelectric’effect.’As’in’Problem’4,’we’us
e’Eq.’(1.6):
hc’
(KE)max’ = −’W’
λ
where’ W’ is’ the’ work’ function’ of’ the’ material’ and’ the’ term’ hc/λ’ describes’the’
energy’of’the’incoming’photons.’Solving’for’the’latter:
hc
=‘(KE)max’+’W’ =‘2.3’ eV’ +’0.9’ eV’ =‘3.2’ eV
λ’
Solving’ Eq.’ (1.5)’ for’ the’ wavelength:
1240’ eV’ ·’nm
λ’= =‘387.5’nm
3.2’ eV
6. A’potential’energy’of’0.72’eV’is’needed’to’stop’the’flow’of’electrons.’Hence,’(KE
)max’of’the’photoelectrons’can’be’no’more’than’0.72’eV.’Solving’Eq.’(1.6)’for’t
he’work’function:
hc 1240’ eV’ ·’nm
W’ =‘ (KE)max’ = —’0.72’ eV’ =‘1.98’ eV
λ 460’nm
7. Reversing’ the’ procedure’ from’ Problem’ 6,’ we’ start’ with’ Eq.’ (1.6):
hc’ 1240’ eV’ ·’nm
(KE)max’ = −’W’ = —’1.98’ eV’ =‘3.19’ eV
λ 240’nm
Hence,’a’stopping’potential’of’3.19’eV’prohibits’the’electrons’from’reaching’the
’anode.


8. Just’ at’ threshold,’ the’ kinetic’ energy’ of’ the’ electron’ is’ zero.’ Setting’(
KE)max’=‘0’ in’ Eq.’ (1.6),
hc 1240’ eV’ ·’nm
W’= = =‘3.44’ eV
λ0 360’nm
12
9. A’frequency’of’1200’ THz’is’equal’to’ 1200’×’10 ’ Hz.’Using’ Eq.’ (1.10),
−15 15
Ephoton’=‘hf’ =‘4.136’×’10 ’ eV’ ·’s’×’1.2’×’10 ’ Hz’=‘4.96’ eV