广州大学原子物理学简答题整理

为什么T.M.不能解释a粒子散射实验？TM提出了“葡萄干面包模型”认为原子的大部分质量和正电荷均匀分布在整个原子球体内，而电子镶嵌在其中。这样根据计算原子表面正电荷所组成的电场较小，α粒子以趋近于光速的速度打向原子应该是直接穿透原子。而实验表明，实验证明大多数散射角很小，约1/8000散射角大于90°极个别的散射角等于180°；为什么卢瑟福散射理论在q角较小时不适用？•大角散射=一次大角+很多次小角（忽略小角散射）•小角散射=多次小角散射•卢瑟福理论核外电子屏蔽效应，在小角时相当于大的碰撞参数，那时候，在一般实验条件下，核外电子的作用可以忽略的假定就不再成立。在碰撞参数b到达院子大小时，由于原子呈中性，库伦散射根本不会发生。卢瑟福模型的问题和困难。1、原子稳定性问题：电子在核外作加速运动，因辐射电磁波（发光）而损失能量，将导致原子坍缩（~10-9s）;2、原子线状光谱问题：电子因作加速运动而发光，其频率随其能量的减小而连续变化，应是连续光谱;3、原子的同一性问题：同种元素的原子都一样，而没有两个相同的太阳系；4、原子的再生性问题：a粒子散射后原子很快复原，而行星被彗星撞击后不会；第二章玻尔氢原子理论的三条假说？1频率条件：当原子从一个能量状态跃迁到另一个状态时，会发射或吸收一个光子，光的频率决定于跃迁前后两状态的能量差。2定态假说：氢原子的核外电子只能在某些特定的分立轨道上绕核运动，这时电子虽然做加速运动，但是并不辐射电磁能量，这些具有确定能量的轨道是一些稳定的状态——定态。（轨道半径是分立的，是量子化的）3,、角动量量子化假说：电子轨道运动的角动量是量子化的，只能ћ取的整数倍。原子中能够实现的电子轨道必须满足下列条件：原子光谱系限外的连续光谱的物理解释；如果定义距离核无穷远处的势能为0，那么位于r=∞处的电子势能为0，但可具有任意的动能EK=1/2mV02，当该电子被H+捕获并进入第n轨道时，具有能量En相应两能级的能量差为021mVEEENW所以nEmVhc021因为En是一定的，而V0是任意的，所以可以产生连续的λ值，对应连续的光谱，这就是原子光谱系限外出现连续光谱的原因弗兰克-赫兹实验简介及物理意义；弗兰克-赫兹实验是用电子碰撞原子的方法，使原子从低能级跃迁到高能级。从而证实了原子能级的存在。将汞蒸气充入真空管内，装有阴极灯丝k，栅极G,阳极板A阴极K受热发射电子，在K和G之间加电压V使电子加速，电子透过G，到达A形成电流。实验发现当v从0逐渐升高，电流随电压升高而增加，当v到达4.9v的整数倍时，电流突然下降。它采用与光谱学研究完全独立的方法，从另一个角度证实原子中量子态的存在；nhnmvrL2),3,2,1(n实现了对原子的可控制的激发。直接证明了汞原子具有波尔所设想的“完全确定的，互相分立的能量状态”是对波尔原子量子化模型的第一个决定性证据。对波尔的原子理论一个有力的支持。原子实的极化和轨道的贯穿（碱金属能级与H能级区别）(不知道对不对)原子实的极化：原子实带正电的原子核和带负电的电子的中心发生微小的相对位移，形成电偶极子。电子受电偶极子的电场吸引力作用，能量减少。同一n值，l越小，偏心率越大，部分轨道离原子实很近，极化越强，能量越低。轨道贯穿：对于偏心率很大（l很小）的轨道，接近原子实的那部分还可能穿入原子实内，发生轨道贯穿，这时Z*1从而使能量降低。第三章玻尔理论的问题和困难；1波尔理论把微观粒子看作经典力学中的质点，把经典力学中的规律用于微观粒子，在概念上很难理解为什么氢原子中核与电子之间的静电相互作用我有效的，而加速电子在驻态时发射电磁辐射的能力却消失了。2对驻态之间跃迁过程中的发射和吸收辐射的原因是不清楚的。3、无法解释比氢原子更复杂的原子，没有涉及到光谱线强度及精细结构。4把微观粒子的运动视为有确定轨道是不正确的。德布罗意假说；所有粒子都具有波粒二象性，任何物体伴随以波，而且不可能将物体的运动与波的传播分开.粒子的动量p于伴随波的波长λ之间的关系为λ=h/p认为对所有的粒子，无论其静质量是否为零都成立。戴维孙-革末实验简介及其物理意义；P79从加热的灯丝出来的电子经过电位差V加速后，从“电子枪”射出来，并垂直投射到一块穆单晶上。电子探测器安装在角度为θ的方向上。然后就在不同数值的加速电压V下，读取“反射束”的强度。结果发现，当加速电压V=54V时，θ=50°，探测到的反射束强度出现了一个明显的极大。测量结果不能依据粒子运动来说明，但能用干涉来解释。但经典观点，粒子不能干涉，只有波动才能干涉。意义：用实例证明了物质的具有波粒二象性，进一步证明德布罗意假设。不确定性原理及其表达式；△x△PX≥h△t△E≥h微观粒子在客观上不能同时具有确定的坐标位置及相应的动量。宏观上由于普朗克常量极小可以忽略不计，动量的不确定性也小得可以完全被忽略。波函数及其统计解释；波函数：Ѱ=Ѱ0ei(Rr-wt)=Ѱ0e-i2π（vt-x/λ)统计解释：波函数的模方اѰ(x,y,z)ا2（波在空间某点的强度）与t时刻在空间某点（x，y，z）处单位体积内发现粒子的几率是成正比的。氦氖激光器的原理及其能级跃迁情况。不考！！！！！第四章斯特恩-盖拉赫实验简介及其物理意义；把银原子（氢原子）在一容器o里加热成蒸汽，热平衡时原子从一小孔射出，通过两个水平狭缝S1S2,从而筛选出水平方向速度的原子束，原子束经过一个非均匀的磁场区（0.1nm线度范围内呈现非均匀）最终打在屏幕P上。实验发现屏幕P上有两处原子束落点，从而证明氢原子在磁场中只有两个取向。有力证明了原子在磁场中的取向是量子化的。物理意义：空间量子化的最直接证明，第一次度量原子的基态性质的实验。进一步开辟了原子束与分子束实验的新领域。电子自旋假说；乌仑贝克与古兹米特提出：电子不是点电荷，除了轨道角动量还有自旋运动，它具有固有的自旋角动量S。اsا=【s（s+1）】1/2,,s=1/2他在z方向的分量只有2个:SZ=+-1/2证明电子自旋存在的三个实验:p200小结(2);用碱金属原子光谱双线结构解释碱金属能级结构；塞曼效应谱线的偏振性质及其解释；1、对于∆m=m2-m1=1,原子在磁场方向z的角动量减少一个ћ；把原子和发出的光子看作一个整体，角动量必须守恒，因此，所发出的光子必定在磁场方向具有ћ角动量。因此，当面对磁场方向观察时，由于磁场方向即光传播方向，所以L与光传播方向P一致。为σ+偏振。2、对于∆m=m2-m1=-1，原子在磁场方向z的角动量增加一个ћ，同理，所发出的光子必定在磁场相反方向具有ћ角动量，因此，当面对磁场方向观察时，L与光传播方向P相反。为σ-偏振。3、对于∆m=m2-m1=0的情况，原子在磁场方向的角动量不变，但光子具有固有角动量ћ；原子发射光子时，为了保持角动量守恒，所发射的光子的角动量一定垂直于磁场，以使沿磁场方向的分量为零。实际上，凡是角动量方向在xy平面上的所有光子都满足∆m=0的条件，一次平均的效果将使Ey分量为零。于是，在沿磁场方向z观察不到Ey分量，也观察不到Ez分量（横波特性），因此，就见不到与∆m=0相应的π谱线。在与磁场方向相垂直的方向x观察，只能见到Ez分量，即观察到与磁场B平行的线偏振π。电子顺磁共振。当把具有未成对电子的物质置于外磁场B中时，就会发生因电子自旋磁矩与外磁场相互作用而产生的塞曼分裂，裂距∆E=gµBB。如果在垂直于外磁场方向再加上一频率为ν的电磁波，当电磁波的能量与塞曼能级间距相匹配时，即hν=gµBB时，就会发生物质从电磁波吸收能量的共振现象，称之为电子顺磁共振（EPR）,由于顺磁性的起因是电子的自旋，故又称之为电子自旋共振（ESR）书本P205第五章洪特定则，对于给定的电子组态形成的一组原子态，当某原子态具有的s最大时它处的能级位置最低，对于同一个s，又以L值大的为最低。从同一电子组态通过LS耦合形成的诸能级中，1).首先看S值：S值越大（重数越高），能级越低；2).其次看L值：重数相同（S相同）的能级，L较大的位置较低。跃迁选择定则，L-S耦合∆S=0∆L=0,±1∆J=0,±1（J=0→J`=0除外）j-j耦合∆j=0，±1∆J=0，±1（J=0→J`=0除外）P216原子基态的电子组态及原子态）P218Pauli原理；在一个原子中不能有两个或以上的电子具有完全相同的四个量子数（n，l,ml,ms），即原子中每一个状态只能容纳一个电子。氦原子的基态；1s1s按LS耦合，氦的基态有1S0，3S1，但由于1s1s两个电子的n,l,ml都相同，所以必定ms不同，所以S≠1，只有1S0态。不同原子序数的原子的半径为什么差不多？由于泡利原理限制了同一轨道上的电子数目，原子内不存在两个相同的电子，随着原子序数的增大，核对外层电子的吸引力增加，这虽然第一层的轨道半径变小，但电子不能都在同一轨道上，因而轨道层数增加，以至于原子的大小随原子序数的变化而变化甚微。第六章X射线谱（标识谱与连续谱）；X射线谱由两部分构成，一部分是波长连续变化的，称为连续谱，他的最小波长只与外加电压有关。另一部分是分立波长的谱线，这部分谱线要么不出现，一旦出现，它们的峰所对应波长的位置完全决定于靶材料本身，故这部分成为特征谱又称标识谱。康普顿散射简介及其物理意义；P280~P285