原子物理学试题汇编

11临沂师范学院物理系原子物理学期末考试试题（A卷）一、论述题25分，每小题5分）1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。1．原理：加速电子与处于基态的汞原子发生碰撞非弹性碰撞，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。（3分）结论：证明汞原子能量是量子化的，即证明玻尔理论是正确的。（2分）2．泡利不相容原理。2．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量子态。（5分）3．X射线标识谱是如何产生的？3．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分）4．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。4．原子核自发地的发射射线的现象称放射性衰变，（4分）例子（略）（1分）5．为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量？5．因为中等质量数的原子核的核子的平均结合能约为8.6MeV大于轻核或重核的核子的平均结合能，故轻核聚变及重核裂变时能放出巨22大能量。（5分）二、（20分）写出钠原子基态的电子组态和原子态。如果价电子被激发到4s态，问向基态跃迁时可能会发出几条光谱线？试画出能级跃迁图，并说明之。二、（20分）（1）钠原子基态的电子组态1s22s22p63s；原子基态为2S1/2。（5分）（2）价电子被激发到4s态向基态跃迁时可发出4条谱线。（6分）（3）依据跃迁选择定则10,j1,＝l（3分）能级跃迁图为（6分）三、（15分）对于电子组态3p4d，在LS耦合时，（1）写出所有可能的光谱项符号；（2）若置于磁场中，这一电子组态一共分裂出多少个能级？（3）这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁？三、（15分）（1）可能的原子态为1P1，1D2，1F3；3P2，1，0，3D3，2，1，3F4，3，2。（7分）（2）一共条60条能级。（5分）（3）同一电子组态形成的原子态之间没有电偶极辐射跃迁。（3分）42S1/232P3/232P1/232S1/233四、（20分）镉原子在1D2→1P1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。四、（20分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位B6.4612（5分）则得0A39.0（5分）和0000A6438.39A6437A6437.6＝，＝，＝＋－（5分）能级跃迁图为（5分）五、（1）（10分）用中子打击F199产生O9，并放出一个新粒子，写出核反应方程式；在实验室坐标系中，这种核反应发生时中子必须有的最小的能量是4.1MeV，试求反应能Q值（n10：1.008665u，F199：18.998405u）。（2）（10分）已知U235的核子的平均结合能为7.572MeV，Sn117及Sn118的核子的平均结合能为8.6MeV，求U235裂变为两个Sn核时放出多少1D21P1－0＋44能量？平均一个核子释放多少能量？五、（1）（10分）HOFn1119819910＋（5分）MeV89.3100minMMMEQ（5分）（2）（10分）一个U235共释放241.6MeV能量。（5分）平均一个核子释放1.036MeV能量。（5分）临沂师范学院物理系原子物理学期末考试试题（B卷）一、论述题25分，每小题5分）1．玻尔理论的成功之处和局限性。1．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。（3分）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。（2分）2．波函数及其物理意义。2．微观粒子状态用波函数trΨ,描写，一般情况下波函数是复数。（2分）波函数模的平方2,trΨ表示t时刻在dzzzdyyydxxx~,~,~区间单位体元内发现粒子的几率。（3分）3．泡利不相容原理。3．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一55个量子态。（5分）4．X射线标识谱是如何产生的？4．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分）5．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。5．原子核自发地的发射、、射线的现象称放射性衰变，（4分）例子（略）（1分）二、（20分）当处于基态的氢原子被12.3eV光子激发后，被激发的氢原子可能产生几条谱线？求出相应谱线的频率（用玻尔理论，不考虑电子自旋）三、（15分）钇原子基态为2D，用这种原子进行史特恩—盖拉赫实验时，原子束分裂为4束，求原子基态总磁矩及其在外磁场方向上的投影（结果用玻尔磁子表示）四、（20分）镉原子在1D2→1P1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。五、（1）（10分）为进行HOFn1119819910＋的核反应，在验室坐标系中，这种核反应发生时中子必须有的最小的能量是4.1MeV，试求反应能Q值（n10：1.008665u，F199：18.998405u）。（2）（10分）已知U235的核子的平均结合能为7.572MeV，Sn117及Sn118的核子的平均结合能为8.6MeV，求U235裂变为两个Sn核放出的能量及平均一个核子释放多66少能量？二、（20分）基态的氢原子被12.3eV光子激发后，跃迁到3n的能级。（5分）被激发的氢原子可能产生3条谱线，相应谱线的频率分别是Hz1057.4Hz,1046.2Hz,10918.2153152151。（15分）三、（15分）（1）基态2D的钇原子束在外磁场中分裂为412j束，由此得23j，由2D得21,2SL，求得53g。（5分）（2）BJeJPmeg101532。（5分）（3）BeJJzeJzmegMPmeg109,103,103,10922。（5分）四、（20分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位B6.4612（5分）；则得0A39.0（5分）和0000A6438.39A6437A6437.6＝，＝，＝＋－（5分）能级跃迁图为（5分）1D21P1－0＋12177五、（1）（10分）HOFn1119819910＋MeV89.3100minMMMEQ（10分）（2）（10分）一个U235共释放241.6MeV能量。（5分）平均一个核子释放1.036MeV能量。（5分）原子物理学试题（A卷）一、选择题（每小题3分，共30分）1．在同一粒子源和散射靶的条件下观察到粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为：CA．4:1B.2:2C.1:4D.1:82．欲使处于激发态的氢原子发出H线，则至少需提供多少能量（eV）?BA.13.6B.12.09C.10.2D.3.43．已知锂原子光谱主线系最长波长为6707埃，辅线系线系限波长为3519埃，则Li原子的电离电势为：AA．5.38VB.1.85VC.3.53V88D.9.14V4．试判断原子态：1s1s3S1,1s2p3P2,1s2p1D1,2s2p3P2中下列哪组是完全存在的？CA.1s1s3S11s2p3P22s2p3P2B.1s2p3P21s2p1D1C.1s2p3P22s2p3P2D.1s1s3S12s2p3P21s2p1D15．原子在6G3/2状态,其有效磁矩为：BA．B315；B.0；C.B25；D.B2156．氖原子的电子组态为1s22s22p6,根据壳层结构可以判断氖原子基态为：CＡ.１Ｐ１；Ｂ.３Ｓ１；Ｃ.１Ｓ０；Ｄ.３Ｐ０.7．原子发射伦琴射线标识谱的条件是：CＡ.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。8．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。9．发生+衰变的条件是DA.M(A,Z)＞M(A,Z－1)＋me;B.M(A,Z)＞M(A,Z＋1)＋2me;C.M(A,Z)＞M(A,Z－1);D.M(A,Z)＞M(A,Z－1)＋2me10．既参与强相互作用，又参与电磁相互作用和弱相互作用的粒子只有：A99A.强子;B.重子和规范粒子;C.介子和轻子;D.介子和规范粒子二、填空题（每题4分，共20分）1．原子核式结构模型的提出是根据粒子散射实验中粒子的_______1．大角散射_____________。2．夫—赫实验的结果表明_________2．原子能量量子化__________________________。3．如果原子处于2P1/2态,它的朗德因子g值为_____2/3______。4．8536Kr样品的原子核数N0在18年中衰变到原来数目的1/3,再过18年后幸存的原子核数为___4．N0/9______。5．碳原子基态的电子组态和原子态分别是___________5．1s22s22p23P0_____________。三、（10分）用简要的语言叙述玻尔理论，并根据你的叙述导出氢原子基态能量表达式。四、（15分）①已知：35.1s,86.0p,01.0d,求钠原子的电离电势.②若不考虑精细结构，则钠原子自D3态向低能级跃迁时，可产生几条谱线？是哪两个能级间的跃迁？各对应哪个线系的谱线？若考虑精细结构，则如何？五、（10分）解释Cd的6438埃的红光(1D21P1)在外磁场中的正常塞曼效应，并画出相应的能级图。六、（8分）氦原子有两个价电子,基态电子组态为1s1s若其中一个电1010子被激发到2p态,由此形成的激发态向低能级跃迁时有多少种可能的光谱跃迁？画出能级跃迁图.七、（7分）用粒子轰击147N原子核，生成178O原子核。试计算核反应能和阈能。已知：11H：1.007825u,42He：4.002603u,147N：14.003074u，178O：16.999133。三、（10分）玻尔假设：定态假设、频率条件、轨道角动量量子化假设5分氢原子基态的能量24201241emEe5分四、（15分）①已知：35.1s,86.0p,01.0d,钠原子的电离电势V14.532eRhcUs5分②若不考虑精细结构，则钠原子自D3态向低能级跃迁时跃迁选择定则1,＝l可发出3条谱线，其中主线系一条：PS33~；锐线系一条：SP43~；漫线系一条：DP33~，能级跃迁图如下。5分考虑精细结构，则钠原子自D3态向低能级跃迁时可发出7条谱线。5分依据跃迁选择定则10,j1,＝l，能级跃迁图如下。42S1/232P3/232P1/232S1/232D5/232D3/23D4S3D3P1111不考虑精细结构考虑精细结构五、（10分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位B6.4612，则得0A39.0（5分）和0000A6438.39A6437A6437.6＝，＝，＝＋－能级跃迁图为（5分）4S3S3P1D21P1－0＋1212六、（8分）氦原子有两个价电子,基态电子组态为1s1s若其中一个电子被激发到2p态,由此形成的激发态向低能级跃迁时有3种可能的光谱跃迁。3分依据跃迁选择定则10,J1,,0＝LS能级跃迁图如下。5分七、（7分）用粒子轰击147N原子核，生成178O原子核。147N+42He→p+178O已知：11H：1.007825u,42He：4.002603u,147N：14.003074u，178O：16.999133。核反应能4分MeV18.1001