1、最新原子物理学试题汇编部分高校原子物理学试题汇编试 卷 A (聊 师 一、选择题1. 分别用1MeV 的质子和氘核(所带电荷与质子相同,但质量是质子的两倍射向金 箔,它们与金箔原子核可能达到的最小距离之比为:A .1/4;B .1/2; C . 1; D . 2.2. 处于激发态的氢原子向低能级跃适时,可能发出的谱总数为:A.4; B.6; C.10; D.12.3. 根据玻尔-索末菲理论, n=4时氢原子最扁椭圆轨道半长轴与半短轴之比为: A.1; B.2; C.3; D.4.4. f 电子的总角动量量子数 j 可能取值为:A.1/2, 3/2; B.3/2, 5/2; C.5/2, 7/2
2、; D.7/2, 9/2.5. 碳原子(C , Z =6的基态谱项为A. 3P O ; B. 3P 2; C. 3S 1; D. 1S O .6. 测定原子核电荷数 Z 的较精确的方法是利用A.粒子散射实验 ; B. x射线标识谱的莫塞莱定律 ;C. 史特恩-盖拉赫实验; D. 磁谱仪 .7. 要使氢原子核发生热核反应,所需温度的数量级至少应为(K A.107; B.105; C.1011; D.1015.8. 下面哪个粒子最容易穿过厚层物质?A. 中子; B. 中微子; C. 光子; D.粒子9. 在(1 粒子散射实验, (2弗兰克-赫兹实验, (3史特恩-盖拉实验, (4反常 塞曼效应中,
3、证实电子存在自旋的有:A. (1 , (2 ; B. (3 , (4 ; C. (2 , (4 ; D. (1 , (3 .10. 论述甲:由于碱金属原子中,价电子与原子实相互作用,使得碱金属原子的能级对 角量子数 l 的简并消除 . 论述乙:原子中电子总角动量与原子核磁矩的相互作用,导致原子 光谱精细结构 . 下面判断正确的是:A. 论述甲正确,论述乙错误 ;B. 论述甲错误,论述乙正确 ;C. 论述甲,乙都正确,二者无联系;D. 论述甲,乙都正确,二者有联系 .二、填充题(每空 2分,共 20分1.氢原子赖曼系和普芳德系的第一条谱线波长之比为( .2.两次电离的锂原子的基态电离能是三次电离
4、的铍离子的基态电离能的(倍 .3.被电压 100伏加速的电子的德布罗意波长为(埃 .4.钠 D 1线是由跃迁(产生的 .5.工作电压为 50kV 的 X 光机发出的 X 射线的连续谱最短波长为(埃 .6.处于 4D 3/2态的原子的朗德因子 g 等于( .7.双原子分子固有振动频率为 f ,则其振动能级间隔为( .8. Co 原子基态谱项为 4F 9/2,测得 Co 原子基态中包含 8个超精细结构成分,则 Co 核自旋 I=( .9.母核 A Z X 衰变为子核 Y 的电子俘获过程表示( 。10.按相互作用分类, 粒子属于( 类 .三、问答题(共 10分1. (4分玻尔氢原子理论的定态假设 .
5、2. (3分何谓莫塞莱定律?3. (3分原子核反应的三阶段描述 .四、计算题(50分1. (10分一个光子电离处于基态的氢原子,被电离的电子重新和质子结合成处于第一激 发态的氢原子,同时放出波长为 626埃的光子 . 求原入射光子的能量和自由电子动能 .2. (10分钠原子 3S 和 3P 谱项的量子亏损分别为 1.373和 0.883. 试确定钠原子的电离能 和第一激发电势 . (R=109735cm-13. (10分试讨论钠原子漫线系的一条谱线(2D 3/2 2P 1/2在弱磁场中的塞曼分裂,作出能 级分裂跃迁图 .4. (10分 2211Na 的半衰期为 2.6年 . 试求 :(1平均寿
6、命和衰变常数 ;(25mg2211Na 减少到 1mg需要多长时间 ?(ln10=2.303,ln2=0.6935. (10分 试计算中子与 O 178核发生 (n,2n反应的反应能和阈能 .(M(O 178=16.999130u,M(O 168=15.994915u,M(O 158=15.003071u,mn =1.008665u试 卷 B (聊 师 1. 粒子以速率 V 0对心碰撞电荷数为 Z 的原子核, 粒子所能达到的离核的最小距离等于多 少?2.根据玻尔 索末菲理论,氢原子的主量子数 n=3时,电子可能有几种不同形状的轨道, 它们相应的轨道角动量,能量是否相等?3. 单电子原子关于 l
7、 , j 的电偶极跃迁定则是什么?4.基态为 4F 3/2的钒原子,通过不均匀横向磁场将分裂为几束?基态钒原子的有效磁矩 J 等 于多少玻尔磁子 B ?5.试求出磷(P,Z=15 . 氯 (Cl,Z=17原子基态电子组态和基态谱项 .6. d 电子与 s 电子间为 LS 耦合,试求出可能合成的总轨道角动量 L P 大小 .二、 1.假定 1H 36Cl 分子的转动常数 B=10.7cm-1,试计算最低的两个转动能级的能量 (hc=12400eV0A 2.已知 59Co 的原子基态光谱项(仅与核外电子有关为 4F 9/2,原子谱项的超精细结构分裂 为 8个成分。试确定 59Co 核的自旋 I P
8、 的大小 . 3.维持链式反应的条件是什么?4.强子的夸克模型认为中子和介子是如何组成的?三.一个动能为 3.0eV 的电子被氦核所俘获,并发出波长为 2400埃的光子 . 试问该电子被 俘获到氦离子 He +的哪个能级?试求 He +离子由该能级跃迁到 n=2的能级发出光子的波长 . 四、 1. 39Ca 可发生 +衰变,试求出所放出的 +粒子的最大动能 .(M Ca =38.970711u,M 核 =38。 963709u, M e c 2=0.511MeV2.用动能为的粒子轰击,观察到在方向上有动能为的质子出射 . 试写出核反应方程式,并 确定该反应的反应能 .3. He 原子单一态 1
9、s3d 1D 21s2p 1P 1跃迁产生的谱线波长为 6678.1埃 . 在 B=1.2T的磁场中发生塞曼效应 . 试问:(1在垂直于 B 的方向观察时有几条谱线?波长各为多少? (2迎着 B的方向观察时有几条谱线?波长各为多少?(hc=12400 eV0A , B =5.7910 15eV T -1 试 卷 C (山 师下列数据供答题时使用: 组合数024e =1.44MeVfm , hc=12400 eV0A R hc=13.6ev , 78Li 原子质量 m Li =7.016005u 74Be 原子质量 m 7Be =7.016930u , H 原子质量 m H =1007825u,
10、 中子质量 m n =1.008665u, 1u=931.5MeV/c2一、根据基本粒子所参与的相互作用,可将基本粒子分为哪几类?二、试问 4.0MeV 的 粒子与金核(Z=79对心碰撞时的最小距离是多少 ?三、试计算原子处于 2 D3/2态的总磁矩 J (以玻尔磁子 B 为单位 .四、试确定填满 n=2壳层的原子中,下列量子数相间的电子数:(1 m s =1/2; (2 l m =-1.五、 HCl 分子的远红外吸收光谱中, 观测到多条吸收谱线。 这些谱线的波数间隔近似, 其平均值为 20.68cm -1, 试求该分子第一激发转动态与转动基态间的能量差。六、已知 5927Co 的原子基态光谱
11、项 (仅与核外电子有关 为 4F 1/2原子谱项的超精细结构为 8个成分 . 59C o 核的自旋 I七、已知 22688Ra 、 22288Ra 和 48He 的质量分别为 226.025436u 、 222.017608u 和 4.002603u 。试计算 226Ra 放出的 粒子动能。八、试求 73Li(p,n 7Be 的反应能和阈能。九、实验发现,基态氢原子可吸收能量为 12.7eV 的光子 . (1试问氢原子吸收光子后将被激发到哪个能态?(2在能级图上标出受激发的氢原子向较低能级跃迁时可能发出几 条光谱线? (3算出这几条光谱线中波长最短的一条的波长 .中科院上海光机所(1999原子
12、物理与量子力学试题(原子物理部分 85分1. (15分计算下列粒子的德布罗意波长:(1 10MeV 的光子; (2动能为 10MeV 的 电子; (3 动能为 10MeV 的中子(中子的静止能量为 940MeV .2. (15分 (1试写出氖原子基态的电子组态,给出基态量子数:总角动量子数 J 、轨 道量子数 L 、自旋量子数 S. (2给出氖原子的最低一组激发态的电子组态及相应状态的量 子数:L 、 S 、 J.3. (15分对于氢原子、 Li +,认为原子核是不动的,是根据玻尔模型计算:(1前两 个玻尔轨道的半径及电子在这些轨道上的速度; (2电子在基态的动能和它的结合能; (3 发电势及
13、共振线(第一激发态与基态间的跃迁辐射 .4. (10分已知氢原子的巴尔末系及 He +的毕克林系的线系限波数分别为:2741940m -1和 2743059m -1,求电子与质子的质量之比 .5. (15分计算下列各原子核的半径:U , Ag , He 238921074742,设 fm 45. 10=r .6. (15分举例说明原子物理在科技中的作用 .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。2.泡利不相容原理。3. X 射线标识谱是如何产生的?4.什么是原子核的放射性衰变?举例说明之。5.为什么原子核的裂变和聚变能放出
14、巨大能量?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。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?四、 (20分镉原子在 1D 2 1P 1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分用中子打击 F 199产
15、生 O 9,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 (n 10:1.008665u , F 199:18.998405 u 。(2 (10分已知 U 235的核子的平均结合能为 7.572 MeV, Sn 117及 Sn 118的核子的平均结合能为 8.6MeV ,求 U 235裂变为两个 Sn 核时放出多少能量?平均一个核子释放多少能量?临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题(A 卷标准答案和评分标准一、论述题 25分,每小题 5分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
16、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.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.内壳层电子填充空位产生标识谱。 (5分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.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大能量。 (5分二、 (20分 (1钠原子基态的电子组态 1s 22s 22p 63s ;原子基
17、态为 2S 1/2。 (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, j 1, =l (3分能级跃迁图为 (6分 三、 (15分 (1可能的原子态为1P 1, 1D 2, 1F 3; 3P 2, 1, 0, 3D 3, 2, 1, 3F 4, 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 B 6. 4612= (5分 则得 0A 39. 0= (5分和 0000A 6438.39A 643
18、7A 6437.6=, =, =+- (5分 能级跃迁图为 ( 5分 五、 (1 (10分 H O F n 1119819910+ (5分 MeV 89. 3100min-=+-=M M M E Q (5分(2 (10分一个 U 235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。 2.波函数及其物理意义。 3.泡利不相容原理。4. X 射线标识谱是如何产生的?5.什么是原子核的放射性衰变?举例说明之。 二、 (20分当处于基态的氢原子
19、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 1D 2 1P 1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 H O F n 1119819910+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
20、小的能量是 4.1MeV , 试求反应能 Q 值 (n 10:1.008665u , F 199:18.998405u 。 (2 (10分已知U 235的核子的平均结合能为 7.572 MeV , Sn 117及 Sn 118的核子的平 均结合能为 8.6MeV ,求U 235裂变为两个 Sn 核放出的能量及平均一个核子释放多少能量?临沂师范学院物理系原子物理学期末考试试题(B 卷标准答案和评分标准一、论述题 25分,每小题 5分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
21、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.微观粒子状态用波函数 (t r ,描写,一般情况下波函数是复数。 (2分波函数模的平方 (2, t r表示 t 时刻在 dz z z dy y y dx x x +, , 区间单位体元内发现粒子的几率。 (3分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个量子态。 (5分 4.内壳层电子填充空位产生标识谱。 (5分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分基态的氢原子被 12.3eV 光子激发后,跃迁到 3=n 的能级。 (5分
22、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Hz 10Hz, 10918. 215152151=。 (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=S L ,求得 53=g 。 (5分 (2 B J e J P m e g1032=。 (5分 (3 B e J Jz e Jz m e gM P m e g-=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 B 6. 4612= (5分 ;则得 0A 39.
23、0=(5分和 0000A 6438.39A 6437A 6437.6=, =, =+- (5分 能级跃迁图为 ( 5分 五、 (1 (10分 H O F n 1119819910+MeV 89. 3100min-=+-=M M M E Q (10分(2 (10分一个U 235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:A . 4:1 B. 2:2 C.1:4 D.1:82.欲使处于激发态
24、的氢原子发出 H 线,则至少需提供多少能量(eV ?A.13.6 B.12.09 C.10.2 D.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:A . 5.38V B.1.85V C.3.53V D.9.14V 4.试判断原子态:1s1s 3S 1,1s2p 3P 2,1s2p 1D 1, 2s2p3P 2中下列哪组是完全存在的?A. 1s1s3S 1 1s2p 3P 2 2s2p 3P 2 B .1s2p3P 2 1s2p 1D 1C. 1s2p3P 2 2s2p 3P 2 D.1s1s 3S 1 2s2p 3P 2 1s
25、2p 1D 1 5.原子在 6G 3/2状态 , 其有效磁矩为:A .B 3; B. 0; C. B 2; D. B 2- 6.氖原子的电子组态为 1s 22s 22p 6, 根据壳层结构可以判断氖原子基态为: A . 1P 1; B . 3S 1; C . 1S 0; D . 3P 0 . 7.原子发射伦琴射线标识谱的条件是: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。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: A.4个 ; B.9个 ; C.12个 ; D.15个。 9.发生
26、 +衰变的条件是A. M (A,ZM (A,Z-1 +m e ; B. M (A,ZM (A,Z+1 +2m e ; C. M (A,ZM (A,Z-1; D. M (A,ZM (A,Z-1 +2m e10.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: A. 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 _。 2.夫赫实验的结果表明 _。 3.如果原子处于 2P 1/2态 , 它的朗德因子 g 值为 _。 4. 8536Kr 样品的原子核数 N 0在 1
27、8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 _。5.碳原子基态的电子组态和原子态分别是 _。 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分已知:35. 1=s , 86. 0=p , 01. 0=d , 求钠原子的电离电势 .若不考虑精细结构,则钠原子自 D 3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 (1D 21P 1 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
28、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。原子物理学试题(A 卷标准答案和评分标准一、选择题(每小题 3分,共 30分 CBACBCCCDA二、填空题(每题 4分,共 20分1.大角散射 2.原子能量量子化 3. 2/3 4. N 0/9 5. 1s 22s 22p 2 3P
29、 0 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 e m E e -=5分 四、 (15分已知:35. 1=s , 86. 0=p , 01. 0=d , 钠原子的电离电势V 14. 532-=eRhcU s 5分若不考虑精细结构, 则钠原子自 D 3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:P S 33-=;锐线系一条:S P 43-=;漫线系一条:D P 33-=,能级跃迁图如下。 5分 考虑精细结构,则钠原子自 D 3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, j 1, =
30、l ,能级跃迁图如下。 不考虑精细结构 2五、 (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 B 6. 4612= ,则得 0A 39. 0= (5分和 0000A 6438.39A 6437A 6437.6=, =, =+-能级跃迁图为 ( 5分 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。 依据跃迁选择定则 10, J 1, , 0=L S 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. 1001281. 0 006958. 18005677. 18222-=-=+-+=c c c M M M M Q O H N
