原子物理学复习资料讲解.docx
《原子物理学复习资料讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子物理学复习资料讲解.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
原子物理学复习资料讲解
原子物理学总复习指导
名词解释：
光谱，氢原子线系，类氢离子，电离电势，激发电势，原子空间取向量子化，原子实极化，轨道贯穿，有效电荷数，电子自旋，磁矩，旋磁比，
拉莫尔进动，拉莫尔频率，朗德g因子，电子态，原子态，塞曼效应，电子组态，LS耦
合，jj耦合，泡利原理，同科电子，元素周期表，壳层，原子基态，洪特定则，朗德间隔定则
数据记忆：
电子电量，质量，普朗克常量，玻尔半径，氢原子基态能量，里德堡常量，hc，?
c，玻尔磁子，拉莫尔进动频率
著名实验的内容、现象及解释：
a粒子散射实验，夫兰克一赫兹实验，施特恩一盖拉赫实验，碱金属光谱的精细结构，塞曼效应，反常塞曼效应，康普顿效应
理论解释：
（汤姆逊原子模型的不合理性），卢瑟福核式模型的建立、意义及不足，玻尔氢原子光谱理论的建立、意义及不足，元素周期表
计算公式：
氢原子光谱线系，玻尔理论能级公式、波数公式，角动量表达式及量子数取值
（I，S,j），LS耦合原子态，朗德间隔定则，g因子，塞曼效应，原子基态
谱线跃迁图：
氢原子谱线跃迁、类氢原子谱线跃迁，碱金属原子能级跃，精细结构，塞曼效应；电子态及组态、原子态表示，选择定则，
1.同位素：
一些元素在元素周期表中处于同一地位，有相同原子序数，这些元素别称为同位素。
2.类氢离子：
原子核外只有一个电子的离子，这类离子与氢原子类似，叫类氢离子
3.电离电势：
把电子在电场中加速，如使它与原子碰撞刚足以使原子电离，则加速时跨过的电势差称为电离电势。
4.激发电势：
将初速很小的自由电子通过电场加速后与处于基态的某种原子进行碰撞，当电场电压升到一定值时，发生非弹性碰撞，加速电子的动能转变成原子内部的运动能量，使原子从基态激发到第一激发态，电场这一定值的电压称为该种原子的第一激发电
5.原子空间取向量子化：
在磁场或电场中原子的电子轨道只能取一定的几个方向，不能
任意取向，一般的说，在磁场或电场中，原子的角动量的取向也是量子化的。
6.原子实极化：
当价电子在它外边运动时，好像是处在一个单位正电荷的库伦场中，当由于价电子的电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心会发生微小的相对位移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子，这就是原子实的极化。
7.轨道贯穿：
当电子处在原子实外边那部分轨道时，原子实对它的有效电荷数Z是1,
当电子处在穿入原子实那部分轨道时，对它起作用的有效电荷数Z就要大于1。
8.有效电荷数：
9.电子自旋：
电子既有某种方式的转动而电子是带负电的，因而它也具有磁矩，这个磁矩的方向同上述角动量的方向相反。
从电子的观点，带正电的原子实是绕着电子运动的，
电子会感受到一个磁场的存在，电子既感受到这个磁场，它的自旋取向就要量子化。
（电
子内禀运动或电子内禀运动量子数的简称）
10.磁矩：
和=g旦Pj
2m
11.旋磁比：
粒子磁动量和角动量的比值。
12.拉莫尔进动：
是指电子、原子核和原子的磁矩在外部磁场作用下的进动。
eB
f=—乩，式中e和m分别为电子的电荷和质量,
4nnmv
为电子的速度。
该频率被称为拉莫尔频率
14.朗德g因子：
磁矩7=g—pj
2m
对于单个电子：
g=1j（j1）」（l1）*1）
2j（j+1）
对于LS耦合：
式子中的L，S,J是各电子耦合后的数值
19.壳层：
20.原子基态：
原子的能量最低状态。
21.洪特定则：
只适合于LS耦合，从同一电子组态形成的级中，
（1）那重数最高的亦即S值最大的能级位置最低。
（2）重数相同即具有相同S值的能级中，那具有最大L值的位置最低。
22.朗德间隔定则：
在一个多重能级的结构中，能级的二相邻间隔同有关的二J值中较大那一值成正比。
—19
数据记忆：
电子电量1.602X10C
—31
质量：
9.11X10—kg
普朗克常量：
6.63X10—34J•s
玻尔半径：
a=402=5.29X10—11m
m°e
氢原子基态能量：
E=-13.6ev
卩为导磁率，v
拉莫尔进动频率：
f=旦，式中e和m分别为电子的电荷和质量,
4nm
为电子的速度。
该频率被称为拉莫尔频率。
理论解释：
1，（汤姆逊原子模型的不合理性），卢瑟福核式模型的建立、意义及不足？
在〉散射试验中，平均只有2-3度的偏转，但有1/8000的〉粒子偏转大于90度，其中有接近180度的。
模型：
原子有带正电的原子核和带负电的电子组成，带正电部分很小，电子在带正电部分
外边
实验现象解释：
:
粒子接近原子时，它受电子的作用引起的运动改变还是不大（库伦力不大），G粒子进入原子区域，它还在正电体以外，整个正电体对它起作用，因此受库伦力是
2,玻尔氢原子光谱理论的建立、意义及不足?
推导过程:
库仑力提供向心力:
1Ze2r2
2
mv
~~2
r
（1）
1Ze2
势能=k-4^—；
（w=
r4-；or2
Ze2dr
丄空库仑力做负功故势能增）
4二0r
故能量^1mv2
1Ze2
1Ze2
4二；0r4二；02r
（2）
根据轨道量子化条件：
P••二mur二nh
联立
（1）（3）消去v得
（4）
r二牛20门勺：
其中n=1,2,3,
（5）
4mZe2
把（4）式代入
（2）式有E=
2me2Z2
（4J）2n2h2其中n=1,2,
氢原子光谱:
光谱是线状的，谱线有一定位置。
谱线间有一定的关系每一条谱线的波数都可以表达为两光谱项之差,
R
二T（m）-T（n）,氢的光谱项是—H其中n为整数。
n
—
1,E=-hc—能级计算公式：
—为里德伯常数—-=1.097410m-1—h=1.0968107mJn
2，量子化通则：
•:
pdq=nh，n=1,2,3
n•表示角量子数，nr表示径量子数，n,1,2,3,,n;nr=n-1,n-2,n-3,,0;4，史特恩
---盖拉赫实验；其中磁力F
F=」zdB=」dBcos1；其中J是磁矩在磁场方向的分量，dB是沿磁场方向的dzdzdz
1-（-）2
2mv
丄空（L）2.L二
2mdzv
丄空（L）2」cos'■
2mdzv
磁感应强度变化的陡度，［是磁矩与磁场方向之间的夹角。
h
其中j=ls或j=l-s;
远处像第一激发态跃迁产生的。
7,
碱金属原子的光谱项可以表达为:
它与氢原子光谱项的差别在于有效量子数不是整数，而是主量子数减去一个数值■：
8，
（1）LS耦合：
Ih
PS=S（S1）—而S=Sr■S2或S=S|-s2故S=0或1；
2兀
Pl=#L（L+1』,其中L+l2,li“2-1,,h—12；
2兀
Pj=Jj（J+1』,其中J=L+S，L+S-1,,L-S;
（2）jj
2兀
显然对于S=0时，J二L那就是一个能级，称为一个单一态；
对于S=1时有，J=L-1，L，L1，共有三个J值，相当于有三个能级，称为三重态
耦合
j=l-s或ls,而s二1.故每个电子有两个j值，也就是有两个pj，每个电子的pj再和另一个
2
电子的pj合成原子的总角动量：
PJ=.J（J1）h,J只能有如下数值：
9,
2兀
J=j1十」2,j^j2-1,,h_j2.
原子磁矩的计算：
（1）磁矩=g—Pj
2m
对于单个电子：
g^j（j^^l（l1）s（s1）
2j（j+1）
（2）
对两个或两个以上电子的原子，」J二gePj,Pj是原子的总角动量。
2m
LS耦合g=1JJ°°，其中L,S,J是各电子耦合后的数值。
jj耦合过于复杂，可以不记。
10,外磁场对原子的作用:
he
二E—MgB—Mg■bB
4Tim
原子受磁场作用的附加能量：
其中M称为磁量子数，只能取如下数值：
J,J-1，，-J，
g是朗德g因子，B磁场强度，」b为波尔磁子。
11,
塞曼效应的理论解释:
：
（-）1—丄M2g2-M1g1BeM2g2—M^L
4mc
其中L=-B^-为洛伦兹单位。
4兀me
对于九和入相差不大时△
（1）=I—1=-丫
/u/u/u/u
塞曼跃迁也有跃迁定则，只有下列情况的跃迁发生：
1，M=0,产生二线（当J=0时，M2=0>M^0除卜）。
2，.：
M=：
1,产生二线。
原子物理复习资料
一、选择题
1.德布罗意假设可归结为下列关系式：
（A）
A.E=h，p=h;B.E=，P=「C.E=h，p=;D.E=，p=—
/uAjAj
2.夫兰克一赫兹实验的结果表明：
（B）
A电子自旋的存在；B原子能量量子化C原子具有磁性；D原子角动量量子化
3为了证实德布罗意假设，戴维孙一革末于1927年在镍单晶体上做了电子衍射实验从而证明
了：
B
A.电子的波动性和粒子性B.电子的波动性C.电子的粒子性D.所有粒子具有二项性
4.若镁原子处于基态，它的电子组态应为：
（C）
A.2s2sB.2s2pC.3s3sD.3s3p
5.下述哪一个说法是不正确的?
（B）
A.核力具有饱和性；B.核力与电荷有关；C.核力是短程力;D.核力是交换力.
6.按泡利原理，主量子数n确定后可有多少个状态？
（D）
A.n2;B.2（2l+1）;C.2j+1;D.2n2
7.钠原子由nS跃迁到3P态和由nD跃迁到3P态产生的谱线分别属于：
（D）
A.第一辅线系和基线系B.柏格曼系和第二辅线系
C.主线系和第一辅线系D.第二辅线系和第一辅线系
8.碱金属原子光谱精细结构形成的根本物理原因：
（A）
A.电子自旋的存在B.观察仪器分辨率的提高
C.选择定则的提出D.轨道角动量的量子化
9.铍（Be）原子若处于第一激发态,则其电子组态：
（D）
A.2s2s;B.2s3p;C.1s2p;D.2s2p
10如果丨是单电子原子中电子的轨道角动量量子数，则偶极距跃迁选择定则为：
（C）
A.-：
l=0;B.-：
l=0或_1;C.J=1;D.：
l=1
11.设原子的两个价电子是p电子和d电子,在L-S耦合下可能的原子态有：
C
A.4个；B.9个；C.12个；D.15个
12.氦原子由状态1s2p3P2,1,0向1s2s3S1跃迁,可产生的谱线条数为：
（C）
A.0;B.2;C.3;D.1
13.设原子的两个价电子是d电子和f电子,在L-S耦合下可能的原子态有：
（D）
A.9个；B.12个；C.15个；D.20个；
14.原子发射X射线特征谱的条件是：
（C）
A.原子外层电子被激发；B.原子外层电子被电离；
C.原子内层电子被移走；D.原子中电子自旋一轨道作用很强
15正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为：
C
A.每个能级在外磁场中劈裂成三个；B.不同能级的郎德因子g大小不同；
C•每个能级在外场中劈裂后的间隔相同；D.因为只有三种跃迁
16.钍904Th的半衰期近似为25天,如果将24
升级会员 