原子物理学复习资料讲解

11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，ħc，玻尔磁子，拉莫尔进动频率著名实验的内容、现象及解释：α粒子散射实验，夫兰克—赫兹实验，施特恩—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（l，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势225.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：jpme2gj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。13.拉莫尔频率：f=4ππmveB，式中e和m分别为电子的电荷和质量，μ为导磁率，v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jpme2gj对于单个电子：)1(2)1()1()1(1jjsslljjg对于LS耦合：式子中的L，S，J是各电子耦合后的数值15.塞曼效应：当光源放在足够强的磁场中，所发出光谱的谱线会分裂成几条，而且每条谱线的光是偏振的。16.电子组态：价电子可以处在各种状态，合称电子组态。17.泡利原理：不能有两个电子处在同一状态。3318.同科电子：*n和l二量子数相同的电子称为同科电子。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。数据记忆：电子电量1.602×10－19C质量：9.11×10－31kg普朗克常量：6.63×10－34J·ｓ玻尔半径：22014emae5.29×10－11m氢原子基态能量：E=-13.6ev里德堡常量：17100974.1mR17100968.1mRH玻尔磁子：232Bhe0.927104emm拉莫尔进动频率：f=geB4πm，式中e和m分别为电子的电荷和质量，μ为导磁率，v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44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），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2024Ze2r因为正电部分很小，所以r很小，故受的力很大，因此可能产生大角散射。2，玻尔氢原子光谱理论的建立、意义及不足？条件：电子只能处于一些分立的轨道，它只能在这些轨道上绕核转动，且不产生电磁辐射。推导过程：库仑力提供向心力：2222041rmvrZe（1）势能=k-rZe2041（w=rrZedrrZe202204141库仑力做负功故势能增）故能量rZerZemv2414121E20202（2）根据轨道量子化条件：2hnmurP(3)联立（1）（3）消去v得,......3,2,14422220nmZehnr其中（4）令2220144meha则Znar21（5）把（4）式代入（2）式有E=........321n)4(me22220222，，，其中hnZ氢原子光谱：光谱是线状的，谱线有一定位置。55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，为整数。其中氢的光谱项是nnR),()(2HnTmT1，2EnRhc能级计算公式：R为里德伯常数17100974.1mR17100968.1mRH2，量子化通则：........3,2,1nnhpdq，3，电子椭圆轨道半径：长半轴Zana12短半轴Zannb1;0,.......,3,2,1;........,321nnrnnnnnnr，，，表示径量子数，表示角量子数，4，史特恩---盖拉赫实验；其中磁力F的夹角。是磁矩与磁场方向之间，磁感应强度变化的陡度是沿磁场方向的量，是磁矩在磁场方向的分；其中dzBdzdBdzdBzdcosFzcos)(21)(21)(2121S2222vLdzdBmvLdzdBmvLmFatz5，（1）电子的角动量=轨道角动量+自旋角动量;j2slsljhjPPPPPslslj或其中或（2）但是较为准确的角动量计算公式为：;,2)1(,2)1(,2)1(sljsljhjjPhssPhllPjsl或其中故单电子辐射跃迁的选择定则：1,0,1jl6，课后习题中两个问题的解释：主线系最长波长是电子从第一激发态向激发态跃迁产生的，辅线系系限波长是电子从无穷66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：22*)(TnRnR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：，称为三重态值，相当于有三个能级，共有三个，，时有，对于一个单一态；那就是一个能级，称为时，显然对于，，其中其中；或故或而J1LL1LJ1SLJ0S;S-L.........,1-SLSLJ,2)1(;,,.........1,L,2)1(P10SsS2)1(2121212121hJJPllllllhLLssSshSSPJLS（2）jj耦合..........,1jjjjJJ,21)J(JPp.21,212121Jjjhppjsslsljjjj，，只能有如下数值：合成原子的总角动量：电子的再和另一个，每个电子的值，也就是有两个故每个电子有两个而或9，原子磁矩的计算：（1）磁矩jpme2gj对于单个电子：)1(2)1()1()1(1jjsslljjg（2）记。耦合过于复杂，可以不。是各电子耦合后的数值，其中耦合是原子的总角动量。，的原子，对两个或两个以上电子jjSJJSSLLJJgLSPmegJJ,,L)1(2)1()1()1(1P2JJ10，外磁场对原子的作用：77原子受磁场作用的附加能量：为波尔磁子。磁场强度，因子，是朗德，，，如下数值：称为磁量子数，只能取其中BBg,..........1JJM4MEgJBMgBmhegB11，塞曼效应的理论解释：2'11221122'1114L4111）（相差不大时和对于为洛伦兹单位。其中）（‘mcBeLgMgMmcBegMgM发生，只有下列情况的跃迁塞曼跃迁也有跃迁定则：1，除外）。时，线（当，产生0M0M0J0M122，线。，产生1M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=2.夫兰克—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—革末于1927年在镍单晶体上做了电子衍射实验从而证明了：BA.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)88A．2s2sB.2s2pC.3s3sD.3s3p5．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.2n27．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.2s2p10如果l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.0l;B.0l或1;C.1l;D.1l11．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：CA.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.113．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―轨道作用很强15正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为：CA．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23490Th的半衰期近似为25天,如果将24克Th贮藏100天,则钍的数量将存留多少克?(A)A.1.5；B.3；C.6；D.12.17.如果原子处于2P