原子物理学复习.docx
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原子物理学复习
第一章原子的基本状况
、学习要点
/古P站工口E丄IM(X)Au
1.原子的质量和大小,Na
R~10-10m,No=6.022x1023/mol
12C的质量-27
1u1.6605410kg
12
2.原子核式结构模型
(1)汤姆孙原子模型
(2)粒子散射实验:
装置、结果、分析
(3)原子的核式结构模型
(4)
粒子散射理论:
(5)原子核大小的估计(会推导):
、基本练习
1.选择
(1)
原子半径的数量级是:
(2)原子核式结构模型的提出是根据粒子散射实验中:
A.绝大多数粒子散射角接近180B.粒子只偏2~3
C.以小角散射为主也存在大角散射D.以大角散射为主也
存在小角散射
(3)用相同能量的粒子束和质子束分别与金箔正碰,测量金原
子核半径的上限•问用质子束所得结果是用粒子束所得结果的几
倍?
A.1/4B.1/2C.1D.2
4一强度为I的粒子束垂直射向一金箔,并为该金箔所散射。
若=90°对应的瞄准距离为b,则这种能量的粒子与金核可能达到的
最短距离为:
A.b;B.2b;C.4b;D.0.5b。
2.简答题
(1)简述卢瑟福原子有核模型的要点.
(2)简述粒子散射实验.粒子大角散射的结果说明了什么?
3.褚书课本P20-21:
(1).
(2).(3);
第二章原子的能级和辐射
一、学习要点:
1.氢原子光谱:
线状谱、4个线系(记住名称、顺序)、广义巴尔末公式~R(W占、
mn
光谱项Tn-Rr、并合原则:
~T(m)T(n)
n
2.玻尔氢原子理论:
(1)玻尔三条基本假设的实验基础和内容(记熟)
(2)圆轨道理论(会推导):
氢原子中假设原子核静止,电子绕核
作匀速率圆周运动
(3)
实验验证:
(b)夫—赫实验:
装置、•结果及分析;原子的电离电势、激发
电势
3•类氢离子(He,Li,正电子偶素.原子等)
(1)He+光谱:
毕克林系的发现、波数公式、与氢原子巴耳末系的
异同等
(2)理论处理(会推导):
计及原子核的运动,电子和原子核绕
共同质心作匀速率圆周运动
里德伯常数变化Ra
R—1—
1me
M
4
1、2Ze
冃匕量En()
4022n2
重氢(氘)的发现
4•椭圆轨道理论
索末菲量子化条件■■:
pdqnqh,nq为整数
pn,En
1,2,3,,n
12meZ2e44022n
(门汗,*育小亍,n1,2,3,;n
n—定,En一定,长半轴一定,有n个短半轴,有n个椭圆轨道(状态),即En为n度简并。
二、基本练习
1.选择题
(1)若氢原子被激发到主量子数为n的能级,当产生能级跃迁时可能发生的所有谱线总条数应为:
A.n-1B.n(n-1)/2C.n(n+1)/2D.n
(2)氢原子光谱赖曼系和巴耳末系的系线限波长分别为:
A.R/4和R/9B.R和R/4C.4/R和9/RD.1/R和4/R
⑶氢原子赖曼系的线系限波数为R,则氢原子的电离电势为:
A.3Rhc/4B.RheC.3Rhc/4eD.Rhc/e
(4)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)?
A.13.6B.12.09C.10.2D.3.4
(5)用能量为12.7eV的电子去激发基态氢原子时,受激氢原子向低能级跃迁时最多可能出现几条光谱线(不考虑自旋);
A.3B.10C.1D.4
(6)有速度为1.875106m/s的自由电子被一质子俘获,放出一个光子而形成基态氢原子,则光子的频率(Hz)为:
D.2.11016.
(7)已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子的结构的“正电子素”那么该“正电子素”由第一激发态跃迁时发射光谱线的波长应为:
A.3R/8B.3R/4C.8/3RD.4/3R
(8)象子(带有一个单位负电荷)通过物质时,有些在核附近
的轨道上将被俘获而形成原子,那么原子基态轨道半径与相应
的电子轨道半径之比为(子的质量为m=206me)
A.1/206B.1/(206)2C.206D.2062
(9)电子偶素是由电子和正电子组成的原子,基态电离能量为:
A.-3.4eVB.+3.4eVC.+6.8eVD.-6.8eV
(10)根据玻尔理论可知,氦离子He+的第一轨道半径是:
A.2a0B.4a0C.a0/2D.a0/4
(11)在He+离子中基态电子的结合能是:
A.27.2eVB.54.4eVC.19.77eVD.24.17eV
(12)夫—赫实验的结果表明:
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
10.He+中的电子由某个轨道跃迁到另一轨道,相应物理量可能发
生的变化如下:
A.总能量增加,动能增加,加速度增加,线速度增加;
B.总能量增加,动能减少,加速度增加,线速度减少;
C.总能量减少,动能增加,加速度增加,线速度增加;
D.总能量减少,动能增加,加速度减少,线速度减少。
10.下图表示从基态起汞原子可能的某些能级(以eV为单位),总能量为9eV的自由电子与处于基态的汞原子碰撞,碰撞之后电子所具有的能量(以eV为单位)可能值是什么?
(允许忽略汞原子动量的变化)。
能量(eV)
A.0.2,1.4,4.1;B.2.3,3.5,4.1;-106
-3.7
C.0.2,2.3,4.1;D.1.4,0.2,3.5。
-5.5
-10.4基态
3.简答题
(1)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.
(2)写出下列物理量的符号及其推荐值(用国际单位制):
真空的光速、普朗克常数、玻尔半径、玻尔磁子、玻尔兹曼常数、万有引力恒量.(2000南开大学)
(3)解释下列概念:
光谱项、定态、简并、电子的轨道磁矩、
对应原理.
4.计算题
(1)为了将一次电离的氦离子激发到第二激发态,用一快速电子与氦离子相碰撞,试求电子的最小速度(设氦离子原先静止并处于基态)
当EkE时,其中Ek=1meV,能使He^发到第二激发态
2
Vmin=(2E/me)1/2=(248.36/(0.511106))1/23108=4.13106ms-1
2正电子与电子相遇可形成一类氢结构的电子偶素。
已知正电子与电
子的质量相等,电量相等但符号相反。
假设玻尔的氢原子理论对电子偶素适用,试计算其基态的能量与第一玻尔轨道半径(略去体系的整
体运动)
。
E1
1
2
1
—
c,
-me
2
2
1
12
1
E1
mec
136eV68eV
2
2
2
「1
me
ao
me
ao
529
2
10nm
2me
.楮书P76--77
(1)
(2)⑷(5)(6)⑺
第三章量子力学初步
一、学习要点
1.德布罗意假设:
(1)内容:
Eh,p-k,k
电子
h12.26
、2meVV
(2)试验验证:
戴维孙一革末试验
电子态spdfg…
原子态SPDFG…
242
能量En(—)2e2Rh;ZhcTn,n=123
4o2nn
轨道投影角动量pizmi,mil,l1,,0,1,,l1,1,称轨道磁量子数,
表征轨道角动量对外场方向的取向,轨道角动量对外场方向的投影图
描述电子空间运动的三个量子数n,l,mi的名称、取值范围、所表征的物理量表达式
二、基本练习
选择题
(1)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:
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
(2)德布罗意假设可归结为下列关系式:
A.E=h,p=-;B.E=,P=;C.E=h,p二—;D.
E=,p=-
(3)为使电子的德布罗意假设波长为100埃,应加多大的加速电
压:
A.11.51106V;B.24.4V;C.24.4105V;D.15.1V
(4)如果一个原子处于某能态的时间为10-7S,原子这个能态能量
的最小不确定数量级为(以焦耳为单位):
A.10-34;B.10-27;C.10-24;D.10-30
3.简答题
(1)波恩对波函数作出什么样的解释?
(2)请回答测不准关系的主要内容和物理实质.
第四章碱金属原子和电子自旋
一、学习要点
1.碱金属原子光谱和能级
(1)四个线系:
主线系、第一辅线系(漫)、第二辅线系(锐)、柏
格曼系(基)
共振线、线系限波数、波数表达式
2
(2)光谱项T
RRRZ
~222"~
⑶起始主量子数Li:
n=2
Na:
n=3
K:
n=4
nnin
Rb:
n=5;Cs:
n=6;Fr:
n=7
(4)碱金属原子能级•选择定则
(5)原子实极化和轨道贯穿是造成碱金属原子能级与氢原子不同
的原因
2.电子自旋
(1)实验基础与内容:
电子除具有质量、电荷外,还具有自旋角
动量Ps,ss1,(s2称自旋角量子数)和自旋磁矩s—Ps,s32me
自旋投影角动量Pszms,ms2称自旋磁量子数
l—,l0
(2)单电子角动量耦合:
总角动量Pj、jji,j2,称总角1訂0
量子数(内量子数、副量子数;总角动量的投影角动量
Pjzmj,mjj,j1,,j1,j,称总磁量子数
⑶描述一个电子的量子态的四个量子数:
强场:
n,l,m|,ms;弱场:
n,l,j,mj
原子态(光谱项)符号n2s1Lj
S态不分裂,P,D,F,G,态分裂为两层
3.碱金属原子光谱和能级的精细结构:
(1)原因:
电子自旋一轨道的相互作用
⑵选择定则:
I1,j0,1
画出锂、钠、钾原子的精细结构能级跃迁图
二.基本练习:
2•选择题:
(1)单个f电子总角动量量子数的可能值为:
A.j=3,2,1,0;B.j=
:
±
C.j=7左,5/2;
D.j=5/2,7/2
(2)已知一个价电子的
l1,s12试由mjmlms求mj的可能
值:
A.3/2,1/2,-1/2,-3/2;
B.3/2,1/2,1/2,-1/2,-1/2,-3/2;
C.3/2,1/2,0,-1/2,-3/2;
D.3/2,1/2,1/2,0,-1/2,-1/2,-3/2;
(3)锂原子主线系的谱线在不考虑精细结构时,其波数公式的正
确表达式应为:
A.~2SnP;B.~nP2S;C.~2SnP;D.~nP2S
(4)碱金属原子的光谱项为:
A.T=R/n2;B.T=Z2R/n2;C.T=R/n*2;D.
T=RZ*2/n*2
(5)锂原子从3P态向基态跃迁时,产生多少条被选择定则允许的谱线(不考虑精细结构)?
A.一条B.三条C.四条
D.六条
(6)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:
A.5.38VB.1.85VC.3.53V
D.9.14V
(9)钠原子基项3S的量子改正数为1.37,试确定该原子的电离电势:
A.0.514V;B.1.51V;C.5.12V;
D.9.14V
(7)碱金属原子能级的双重结构是由于下列哪一项产生:
A.相对论效应B.原子实的极化
C.价电子的轨道贯穿D.价电子的自旋一轨道相互作用
(8)产生钠的两条黄谱线的跃迁是:
C.2D3/2T2Pl/2,2D3/2f2P3/2;D.2。
3/2宀2Pl/2,2D3/2f牛3/2
(9)碱金属原子光谱精细结构形成的根本物理原因:
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
(10)考虑电子自旋,碱金属原子光谱中每一条谱线分裂成两条且两条线的间隔随波数增加而减少的是什么线系?
A.主线系;B.锐线系;C.漫线系;D.基线系
(11)如果I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:
A.I0;B.I0或1;C.I1;D.I1
(12)碱金属原子的价电子处于n=3,I=1的状态,其精细结构的状态符号应为:
D.32D3/2.32D5/2
A.32S1/2.32S3/2;B.3P1/2.3P3/2;C.32P1/2.32P3/2;
(13)下列哪种原子状态在碱金属原子中是不存在的:
A.12S1/2;B.22S1/2;C.32P1/2;D.32S1/2.32D5/2
(14)对碱金属原子的精细结构12S1/212P1/2,32D5/2,42F5/2,22D3/2
这些状态中实际存在的是:
A.12S1/2,32D5/2,42F5/2;B.12S1/2,12P1/2,42F5/2;C.12P1/2,32D5/2,22D3/2;
D.32D5/2,42F5/2,32D3/2
(15)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:
A.第一辅线系和基线系B.柏格曼系和锐线系
C.主线系和第一辅线系D.第二辅线系和漫线系
(16)d电子的总角动量取值可能为:
D.
A\35;by[3;c斗63J35
.〒丁;."T'T;.~Y,_T
、6,、.2
3.简答题
(1)碱金属原子能级与轨道角量子数有关的原因是什么?
造成
碱金属原子精细能级的原因是什么?
为什么S态不分裂,P,D,F,G,态分裂为两层?
(2)造成氢原子精细能级和光谱的原因是什么?
(4)在强磁场下描述一个电子的一个量子态一般需哪四个量子
数?
试写出各自的名称、.取值范围、力学量表达式?
在弱磁场下情况如何?
试回答上面的问题.
(5)简述碱金属原子光谱的精细结构(实验现象及解释)
6•考虑精细结构,形成锂原子第二辅线系谱线的跃迁过程用原子态
22
.nS1/2
2P3/2
2
nS1/2
22Pi/2
符号表示应为
7处于2Si/2的基态钾原子,在0.40特斯拉的磁场中,若要诱导电子的自旋变换方向,则需要外加振荡电磁场的频率为
1.11010Hz
4.计算题
1.褚书P1431.2..4.5.
第五章多电子原子一、学习要点
1.氦原子和碱土金属原子:
(1)氦原子光谱和能级(正氦(三重态)、仲氦(单态))
(2)镁原子光谱和能级
2.重点掌握L-S耦合
3.洪特定则、朗德间隔定则、泡利不相容原理;
4.两个价电子原子的电偶极辐射跃迁选择定则;
5.复杂原子光谱的一般规律:
位移律、交替律、三个电子的角动量耦合、普用选择定则(电子组态的跃迁选择定则,又称宇称跃迁选择定则,或拉波特定则;L-S耦合选择定则等)二、基本练习
选择题
(1)关于氦原子光谱下列说法错误的是:
A.第一激发态不能自发的跃迁到基态;
B.1s2p3P2,i,o能级是正常顺序;
C.基态与第一激发态能量相差很大;
D.三重态与单态之间没有跃迁
⑵氦原子由状态1s2p3P2,i,o向1s2s3Si跃迁,可产生的谱线条数
A.0;
B.2;
C.3;
D.1
为:
⑶氦原子由状态1s3d3D3,2,1向1s2p?
P2,1,0跃迁时可产生的谱线条数为:
A.3;B.4;C.6;D.5
(4)氦原子有单态和三重态两套能级,从而它们产生的光谱特点
是:
A.单能级各线系皆为单线,三重能级各线皆为三线;
B.单重能级各线系皆为双线,三重能级各线系皆为三线;
C.单重能级各线系皆为单线,三重能级各线系皆为双线;
D.单重能级各线系皆为单线,三重能级各线系较为复杂,不一定是三线.
(5)下列原子状态中哪一个是氦原子的基态?
A.1P1;B.3P1;C.3S1;D.1S0;
(6)氦原子的电子组态为nipn2S,则可能的原子态:
A.由于n不确定不能给出确定的J值,不能决定原子态;
B.为nipn2S3D2,i,o和nipps1Di;
C.由于违背泡利原理只存单态不存在三重态;
D.为nipn2S3P2,i,o和nipn2S1Pi.
⑺C++离子由2s3p3P2,i,o到2s3s3Si两能级的跃迁,可产生几条光谱线?
A.6条;B.3条;C.2条;D.1条.
(8)氦原子有单态和三重态,但isis3Si并不存在,其原因是:
限制了IslWSi的存在;
C..因为三重态能量最低的是1s2$Si;D.因为1slS"Si和
1s2s3S1是简并态
(9)泡利不相容原理说:
A.自旋为整数的粒子不能处于同一量子态中;
B.自旋为整数的粒子能处于同一量子态中;
C.自旋为半整数的粒子能处于同一量子态中;
D.自旋为半整数的粒子不能处于同一量子态中.
(10)若某原子的两个价电子处于2s2p组态利用L-S耦合可得到其原子态的个数是:
A.1;B.3;C.4;D.6.
(11)4D3/2态的轨道角动量的平方值是:
A.-32;B.62;C.-22;D.22
(12)一个p电子与一个s电子在L—S耦合下可能有原子态为:
A.3P0,1,2,3S1;B.3P0,1,2,1S0;C.1P1,3P0,1,2;D.3S1,1P1
(13)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:
A.4个;B.9个;C.12个;D.15个;
(14)电子组态2p4d所形成的可能原子态有:
A.1P3P1F3F;
B.1P1D1F3P3D3F;
C.3F1F;
D.1S1P1D3S3P3D.
(15)硼(Z=5)的B+离子若处于第一激发态,则电子组态为:
A.2s2pB.2s2sC.1s2sD.2p3s
(16)铍(Be)原子若处于第一激发态,则其电子组态:
A.2s2s;B.2s3p;C.1s2p;D.2s2p
(17)若镁原子处于基态,它的电子组态应为:
A.2s2sB.2s2pC.3s3sD.3s3p
(18)今有电子组态1s2p,1s1p,2d3p,3p3S试判断下列哪些电子组态
是完全存在的:
A.1s2p,1s1pB.1s2p,2d3p
C,2d3p,2p3sD.1s2p,2p3s
(19)电子组态1s2p所构成的原子态应为:
A1s2p1,1s2p3P2,1,0B.1s2p1S0,1s2p3S1
C1s2p1S0,1s2p1P1,1s2p3S1,1s2p3P2,1,0;
D.1s2p1S0,1s2p1P1
(20)判断下列各谱项中那个谱项不可能存在:
A.3F2;B.4P5/2;C.2F7/2;D.3D1/2
(21)试判断原子态:
1s1s3S1,1s2p3P2,1s2p1D1,2s2p3P2中下列哪组
是完全存在的?
A.1s1s3S11s2p3P22s2p3P2B.1s2p3P21s2p1D1
C.1s2p3P22s2p3P2D.1s1s3S12s2p3P2
1s2p1D1
(22)在铍原子中,如果3D1,2,3对应的三能级可以分辨,当有
2s3c3Di,2,3到2s2p3P2,i,o的跃迁中可产生几条光谱线?
B.3
C.2
D.9
(23)有状态2p3cPP2s3p3P的跃迁:
A.可产生9条谱线B.可产生7条谱线
C可产生6条谱线D.不能发生
(24)已知Cl(Z=17)原子的电子组态是1s22s22p63p5,则其原子态
是:
A.2Pl/2;B.4Pi/2;C.2P3/2;D.4P3/2
(25)原子处在多重性为5,J的简并度为7的状态,试确定轨道角动量的最大值:
A.6;B.,12;C..15;D.■30
(26)试确定D3/2谱项可能的多重性:
A.1,3,5,7;B.2,4,6,8;C.3,5,7;D.2,
4,6.
(27)某系统中有三个电子分别处于s态.p态.d态,该系统可能有的光谱项个数是:
A.7;B.17;C.8;D.18
(28)钙原子的能级应该有几重结构?
A.双重;B.—、三重;C.二、四重;D.单
重
29.碱金属原子形成精细结构光谱的选择定则为I1;j0,1,
对于氢原子形成精细结构光谱的选择定则与上述选择定则
30由状态2p3p3P到2s2p3P的辐射跃迁:
A.可产生9条谱线;B.可产生7条谱线;
C.可产生6条谱线;D.不能发生。
3.简答题
(1)简要解释下列概念:
保里不相容原理、洪特定则、朗德间隔定则.
(3)写出两个同科p电子形成的原子态,那一个能级最低?
(4)写出两个同科d电子形成的原子态,那一个能级最低?
(5)写出5个同科p电子形成的原子态,那一个能级最低?
(6)写出4个同科p电子形成的原子态,那一个能级最低?
(8)某系统由一个d电子和一个2P3/2原子构成,求该系统可能的光谱项.
9氦原子的激发态常常是其中的一个电子被激发,另一个电子仍留在1s态,这种情况下,电偶极跃迁的选择定则可简化为
1.褚书P168-169习题1.2.3.4.7.8
第六章在磁场中的原子
、学习要点
Fx0,Fy0
Fz
dB
dz
2.外磁场对原子的作用:
原子受磁场作用的附加能量:
EjBMJgbB
附加光谱项TMjgeBMjg~,~eB46.7Bm-14mc4me
能级分裂图
对非均匀磁场:
原子除受力矩作用外,还受到力的作用,
(3)史一盖实验;原子束在非均匀磁场中的分裂
而改变运动路径.
2
丄坐-MjgB,(m为原子质量)
2mdzv
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