原子物理知识点整理

1.汤姆逊实验发现了真空放电管中阴极射线在电场，磁场中的偏转。测出了阴极射线的荷质比。1017.610/eCkgm。阴极射线不是离子束，而是电子束。单个电子的测量由密立根的油滴实验测得。191.602189210eC。意义：电荷是量子化的，任何电荷只能是的整数倍。e2.汤姆逊电子模型（葡萄干模型或西瓜模型）模型建立：1.原子为电中性球体2.正电荷均匀分布在其中，电子嵌在其中3.电子分布于其中一系列环上4.电子在平衡位置做简谐振动可解释：1.原子的电中性2.原子的稳定性3.原子的辐射性可贵之处与意义：1.提出环的概念2.环上只有有限个电子3.粒子散射实验（盖革-马斯顿实验）粒子由放射元素产生，等效为氦核He。由盖革-马斯顿用粒子轰击原子（箔箱）现象：大多数为小角度散射，散射角大于，概率很小。90分析假设：1.在散射过程中，电子的质量很小，对粒子运动的影响可以忽略2.只考虑原子中均匀分布的正电荷对粒子的影响结论：汤姆逊西瓜模型不正确4.卢瑟福建立原子的核式模型（或行星模型）模型要点：1.原子中正电荷集中于原子中心很小区域内2.原子中的绝大部分质量也集中在这一区域内（原子核）3.电子分布于核外库伦散射公式的推导：假设：1单次散射2.只有库仑相互作用3.核外电子作用忽略4.靶核静止cot22Db2024eZDE2012Emv……………….库伦散射公式卢瑟福散射公式的推导：分析：1.库伦散射公式中的参数b,实验无法直接测量，需用统计的方法去除b2.实验测量的结果为大量粒子与大量靶原子的散射，故应该用统计的方法规律计算2dbdb22sin/2sindrrdrd2416sin2Ddd………………….Rutherford散射公式多原子散射：dndNAtNtdnA铂金箔，面积为A，厚度为t,单位体积原子数为N此公式的计算通过卢瑟福散射公式发现，昀终有小角度入射发散的情况。原因：小角度散射对应于较大的瞄准距离b，此时入射的粒子距核较远，在粒子与核之间有电子，而电子所带r的电荷对核的电场有屏蔽作用，即粒子所感受到的有效场要小。方法：Rutherford散射公式中的核电荷数Z应以有效核电荷数代替。卢瑟福模型的评价：1.提供了一种分析物质微观结构的方法：粒子散射，高能粒子散射2.提供了一种材料分析的手段（测Z）不足：1.无法描述原子的稳定性2.无法解释原子的同一性3.无法解释原子的再生性4.无法解释氢原子的光谱5.玻尔氢原子模型玻尔的三点假设：1.定态条件核外电子只处于一系列分立的轨道上，绕核转动电子在固定的轨道上运动，不辐射电磁波。即原子处于一系列的定态。2.频率条件电子可以在不同的轨道之间跃迁，或者说电子可以在不同的能级之间跃迁，并以电磁波的形式辐射或吸收能量。nmhEEE3.角动量量子化假设电子轨道运动的角动量是量子化的。Pn2h玻尔模型可解释：1.氢原子的大小2.氢原子的能量3.氢原子的光谱规律玻尔理论成功之处：定态的概念，能量量子化，辐射频率法则，氢原子光谱五个线系的形成，为量子力学的建立奠定了基础。局限性：没有脱离经典物理的框架，量子化条件的引入没有严密的数学证明，不能解释氢原子光谱的强度、宽度等，无法全面地描述原子现象。玻尔氢原子半径：22024nenrmeZ20nnraZ20024eame为氢原子第一轨道半径00.53Aa=nVcnZ,2014137ec为精细结构常数氢原子的能级：24222202(4)enmeZEhn氢原子的电离能=113.6EEev6.里德伯常量有关方程1为波数2211(2HRn)……………….里德伯方程玻尔氢原子模型中里德伯常量的修正：242302(4)emeRhc11/AeRRmMM：核质量：电子质量emR=71.097373110/m71.096775810/ARm,3,2,1;,3,2,1),11(1~22mmmnmnmRH1)n赖曼系(n=巴耳末系(n=n=2)帕邢系(n=n=3)布喇开系(n=n=4)普丰特系(n=n=5)7.弗兰克—赫兹实验原理：加速电子与处于基态的汞原子发生非弹性碰撞，使汞原子吸收电子转移的4.9eV的能量跃迁到第一激发态。处第一激发态的汞原子返回基态时，发射2500埃的紫外光。证明了：原子体系的内部能量是量子化的或者说是原子钟分立能级的存在。除了光谱学方法之外，可以用其他方法证明原子中分立能级的存在。8.粒子波动性的实验验证1.戴维逊-革末实验电子从晶体表面的反射，呈现波动的衍射特征2.汤姆孙实验电子透过晶体薄膜的透射现象结论：电子具有波动性，其波长可用德布罗意波长描述。1961年由德国的约恩逊完成了电子的双缝实验。补充：证明光具有粒子性的实验：光电效应实验，康普顿散射实验9.黑体辐射实验黑体空腔中的光波，其能量只能取=nhv的形式，能量分立10.光电效应实验光电效应是光照射某些金属时能从表面释放出电子的效应。产生的电子称为光电子，由光电子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该种金属的逸出功。11.康普顿散射实验指x射线同物质发生相互作用，散射光中，一部分波长不变，另一部分波长变长。波长改变量只与散射角度有关，与入射波长和物质无关。同一物质，不同角度的散射光强度比例不同。在同一角度上，不同的元素散射光强度的比例不同，称作康普顿效应12.斯特恩-格拉赫实验简述史特恩-盖拉赫实验的原理：磁矩为u的磁体在非均匀磁场中受到力的作用。原子具有磁矩，包括轨道磁矩和自旋磁矩，所以原子在外加非均匀磁场中发生偏转发现光谱的精细结构。电子绕核运动，应存在磁相互作用。引出电子的轨道磁矩：02leeiSngLm=1，轨道g因子，lg2eem是旋磁比2Beem为玻尔磁子磁矩的量子表达：|L|=(1)ll=-(1)llllg=cos==-m(1)llzlllBlmgll总磁矩：BjjgJ,jzjjBmg单电子原子的朗德g因子：222222222jlsJLSJSLgggJJ2lg=1为轨道磁矩，sg=2为自旋磁矩实验结论证实了原子的轨道角动量空间取向量子化是正确的。但实验观察到的偶数分裂与量子理论预言的奇数分裂不一致！对原子描述不够完善。塞曼效应：光谱在磁场中分裂为多条正常塞曼效应：将等间距分裂的情况称为正常塞曼效应；将不等间距分裂的情况称为反常塞曼效应。简述证明电子自旋存在的三个实验;施特恩-盖拉赫实验，碱金属双线（光谱精细结构试验），塞曼效应13.X射线的发现简述X射线谱的特征及产生机制X射线标记X射线谱包括两个部分。一个是连续谱，其波长是连续变化的，且昀小波长只与外加电压有关，外加电压越大，昀小波长越小。其产生机制是带电粒子与原子相碰撞，发生骤然减速而产生辐射，即轫致辐射。连续普：昀短波限000012.4A()chchcvhveVVkv另一个是特征谱，它是叠加在连续谱上并与靶材料有关的线状射线谱,其产生机制是原子内层电子的跃迁。X射线标记，根据原子内层电子跃迁时终态的不同分为K、L、M…等线系,每一线系中又因初态的不同而用脚码α、β、γ等区分。莫塞来定律:莫塞来发现，K线系一般可以观察到三条谱线,,KKK其中K线的波数服从下面公式：22211(1)(12vRZ)，R是里德伯常量，Z是原子的核电荷数。对L线系的第一条谱线，L也有类似的公式：22211(7.4)(23vRZ)14.德布罗意的假设一切实物粒子都具有波粒二象性，即粒子的特性和波的特性。其表达式为hp和Eh15.量子化假设的三个实验依据1.黑体辐射研究能量量子化假设2.光电效应研究光电子假设3.光能量的吸收和辐射是量子化的。16.不确定关系.同时测量粒子的坐标位置和相应的动量时服从不确定关系：/2xxp同时测量粒子的能量和粒子在该能量状态停留的时间时服从不确定关系：/2tE17.量子力学的两个基本假设波函数的统计解释及薛定谔方程18.一维方势垒下求解波动函数的应用隧道效应：即粒子穿越比其能量高的势垒的几率不为零19.电偶极跃迁选择定则不考虑自旋：，考虑自旋：10,1llm10,10,1jljm20.塞曼效应跃迁激发的频率差无磁场：21hvEE有磁场：21222111()(BbhvEEEmgBEmgB))212211()(BBEEmgBmgB若总自旋为0，S=0,121gglBhvmB但若总自旋不为0，那么还得按照2211()BBhvmgBmgB计算关于的计算，按照朗德因子公式：12,gg222222222jlsJLSJSLgggJJ2=1为轨道磁矩，lgsg=2为自旋磁矩银原子的磁矩约等于其一个玻尔磁矩，230.9510zBNOTE:同一电子组态不论是jj耦合还是LS耦合，所能构成的量子态总数是相同的，两种情况下量子态的J值也是一一对应的，所不同的只是能级的分裂间隔不同。LS耦合的跃迁定则：00,10,1(000,1JSLJJJM除外）JJ耦合的跃迁定则0,10,1(000,1JjJJJM除外）耦合里状态数的确定，实际上是根据确定jM有多少取值。根据此，会发现，JJ耦合与LS耦合的状态数其实是一样的，但原子态不一样，说明是能级分裂间距不同。请说明什么是简并？答：同一主量子数，不同角量子数和磁量子数，具有相同的能量，这种情况叫做能级的简并。同一能及的各状态叫做简并态。激发态向基态跃迁时遵循的规则？？？