原子物理復習

原子物理復習一、考試范圍：教學大綱；課堂所講；二、題目類型：填空、選擇、計算；三、考試形式：閉卷；四、考試時間：1月18日，14:30-16:30

考試地點：南山綜合樓A205五、注重考察基本概念、基本規(guī)律與基本方法；給出計算需要的基本常數(shù)。五、內(nèi)容提要：第一章原子的基本狀況一原子的質(zhì)量和大小1.質(zhì)量

2.大小，數(shù)量級：二原子的組成

1.電子

2.原子核質(zhì)子中子三．盧瑟福散射實驗第二章原子的能級與輻射一．玻爾理論的實驗基礎1．光的量子理論2．氫原子光譜的實驗規(guī)律量子化規(guī)律輻射的頻率法則二．氫原子光譜的實驗規(guī)律1．光譜2．氫原子光譜的特點和規(guī)律線狀光譜:譜線有線系,可表示三．玻爾的氫原子理論1．經(jīng)典理論遇到的困難2．玻爾理論的三個假定3．對氫原子的能級以及光譜的解釋

能級圖及其特點；電離和激發(fā)四．類氫離子光譜(討論E和與z和m的關(guān)系)1．由z的不同引起的光譜的差別(與氫比)

2．由m的不同引起的光譜的差別(位移)

五．原子能量量子化的進一步驗證

-------夫蘭克─赫茲實驗六．理論的推廣─-索末菲模型1．推廣的量子化條件:2．電子運動的橢圓軌道及其能量：

(簡并)主量子數(shù),同一，有個七．軌道取向的量子化與史特恩-蓋拉赫實驗1．軌道運動的磁矩.2．磁矩在磁場中的受力3．軌道取向的量子化理論

假定處在磁場中的原子的磁矩轉(zhuǎn)動是繞磁場進動,變?yōu)槿S運動,,有3個量子化條件.,,由于取整,所以可取,對于一個,有個．4．史特恩-蓋拉茲實驗

一.物質(zhì)的波粒二象性及其實驗驗證

第三章量子力學初步電子的衍射驗驗二.不確定關(guān)系及其物理實質(zhì)（波動性）

微觀粒子的坐標和動量不可能同時進行準確測定。三.波函數(shù)及其統(tǒng)計意義

1.自由粒子的波函數(shù)為普朗克常數(shù)

≥

表示t時刻、（x、y、z）處發(fā)現(xiàn)粒子的幾率密度。滿足歸一化。

2.波函數(shù)的統(tǒng)計解釋-波函數(shù)模的平方3.波函數(shù)滿足的條件：單值、連續(xù)、有限四.薛定諤波動方程

1.一般方程1.定態(tài)方程E與t無關(guān)五.量子力學對氫原子的處理2.能量量子化主量子數(shù)——主量子數(shù)n和能量有關(guān)

n=1，2，3，……1.波函數(shù)3.角動量量子化原子中電子的軌道角動量大小為4.角動量的空間量子化

電子的軌道角動量在Z方向的分量是磁量子數(shù)ml——決定軌道角動量在Z方向投影對同一個l

角動量Z方向分量可能有

2l+1個不同值角量子數(shù)l——決定電子的軌道角動量的大小5.量子力學與玻爾理論的比較第四章堿金屬原子與電子自旋一．堿金屬原子光譜的特點和規(guī)律1．光譜

2．能級二．原子實極化和軌道貫穿三．堿金屬原子的光譜和能級精細結(jié)構(gòu)1．光譜2．能級:s單層;p,d,f等為雙層.

四．(理論解釋)自旋與軌道運動之間的相互作用1．自旋概念的提出以及自旋特性:,,,,2．自旋角動量與軌道角動量之間的耦合(磁相互作用)3．自旋與軌道運動之間的相互作用結(jié)果4．單電子原子的光譜和能級的精細結(jié)構(gòu)電子態(tài)的表示：s,p,d,f…對應軌道角動量0,1,2,3…能級的精細結(jié)構(gòu)：雙層能級的相同，不同躍遷選擇定則()第五章多電子原子一雙電子原子光譜和能級特點1.氦原子光譜：有兩套，單線系與復雜線系能級：單層能級和三層能級，相互間不躍遷2.

鎂及其它雙電子原子與氦類似2.電子組態(tài)構(gòu)成的原子態(tài)二雙電子原子光譜和能級解釋1.電子組態(tài)：電子所處狀態(tài)的標志a.單電子：nl,n和l均影響原子能量b.雙電子：

二個n和二個l均影響原子能量c.n不同，能級差別大；相同的n，不同的l，能級差別較小;相同n,l，不同j，能級差別最小a.單電子組態(tài)：自旋與軌道相互作用，能級分裂為二個，原子態(tài)三．LS耦合b.雙電子組態(tài)：兩自旋與兩軌道間有6種相互作用，能級分裂為多個1．自旋角動量

2．軌道角動量

3．總角動量

4.原子態(tài)a.洪特定則（適用于LS偶合）：從同一電子組態(tài)形成的能級中a.重數(shù)越高,能級越低（Ｓ越大,能級越低）；b.重數(shù)相同,Ｌ越大,能級越低（同S,L越大,能級越低）；c.相同的L和S，J值越大,能級越低（反常次序）,J值越小,能級越低（正常次序）．5.洪特定則和朗德間隔定則b.朗德間隔定則在一個多重能級的結(jié)構(gòu)中，能級的兩相鄰間隔同有關(guān)的二Ｊ值中較大的那一值成正比．四．JJ耦合1.單個電子的總角動量2.兩個價電子的總角動量3.JJ耦合下的原子態(tài)表示：五．LS耦合與JJ耦合的比較：1.原子態(tài)的個數(shù)和總角動量量子數(shù)相同；2.表示方法不同，能級間隔不同．3.角動量間的相互作用，一般為LS耦合，但在重原子或高激發(fā)態(tài)原子中，通常為JJ耦合。六.泡利原理與同科電子1.泡利原理:不能有兩個電子處于同一狀態(tài)．標志電子狀態(tài)的量子數(shù)：n,l,ml,s,msn:主量子數(shù)

,l:角量子數(shù),ml:軌道磁量子數(shù)，s:自旋量子數(shù),ms:自旋磁量子數(shù)，不可能有兩個電子具有完全相同的四個量子數(shù)n,l,ml,ms。2.同科電子概念：n,l相同的電子，叫同科電子．同科電子形成的原子態(tài)比非同科電子形成的原子態(tài)數(shù)少

1.基本方法：在LS耦合和JJ耦合下，序數(shù)為Z+1的原子的原子態(tài)可以用原子序數(shù)為Z的原子的原子態(tài)與增加的一個電子的電子態(tài)耦合起來，形成Z+1個電子體系的原子態(tài)。七．多電子原子的原子態(tài)2.洪特定則,朗德間隔定則,能級正、反序問題在LS耦合下，洪特定則，朗德間隔定則仍然適用；(2)能級次序：一個次殼層滿額的半數(shù)以上（未滿額）的價電子構(gòu)成的能級一般為倒序；少于滿額半數(shù)的價電子構(gòu)成的能級一般為正序（J值越小,能級越低）。3.殼層：根據(jù)n的不同，將核外電子看作分布在不同的殼層。次殼層：在一個殼層中，根據(jù)l的不同，將電子看作在不同次殼層中，每一個次殼層（n,l相同）由同科電子構(gòu)成在每一個次殼層，能容納的滿額的電子數(shù)為：4l+2

1.單電子原子八.輻射躍遷的選擇定則

2多電子原子1.宇稱相反原則:原子輻射躍遷必須滿足2.具體能級間的躍遷a.LS耦合b.JJ耦合第六章磁場中的原子一原子的磁矩1.單電子原子的磁矩

2.多電子原子的磁矩

電子軌道磁矩電子自旋磁矩電子的總磁矩二．外磁場對原子的作用力矩2．作用能量：

三．外磁場對原子的作用實驗1．史特恩-蓋拉赫實驗1.磁矩在磁場中的旋進旋進頻率2J+1個值，等間距，2J+1個值，等間距3．塞曼效應（1）把光源放在足夠強的磁場中時，原來的一條譜線會分裂成幾條，且具有偏振特性。2.順磁共振實驗：a.波數(shù)改變（2）正常塞曼效應：一分為三，等間距，間距為（3）理論解釋—洛倫茲單位b.選擇定則與偏振性c.格羅春圖法第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)一、元素周期表1.元素周期律(按z排列)2.元素周期表(7個周期,8個主族)二、原子的電子殼層結(jié)構(gòu)1.原子中電子狀態(tài)的描述()與殼層結(jié)構(gòu)2.各殼層中電子排布必須遵循的定律（1）泡利不相容原理（2）能量最低原理4.電子在殼層中的填充次序3.各殼層中電子的分布數(shù)5.元素周期表中的原子基態(tài)(組態(tài),原子態(tài))（1）

具有滿殼層和滿次殼層結(jié)構(gòu)的原子基態(tài)原子態(tài)為。（2）具有未滿殼層和次殼層結(jié)構(gòu)的原子基態(tài)原子態(tài)的確定，僅考慮未滿殼層和未滿次殼層上電子的排布。

（3）

圖示法

①先制作一張有l(wèi)，ml，m

量子數(shù)的表

ll-1…0…-l+1-l1/2-1/2mlms②填電子a)電子先搶占ms=1/2的空格，使（洪特定則）

b)在上面情況下，電子盡可能占據(jù)ml大的空格，使最大（洪特定則：S大能量低、L大能量低）

c)如果電子超過半滿，J=L+S，倒序（J大，E低）如果電子小于半滿，J=|L-S|，正序（J大，E高）③根據(jù)上面得出的L，S，J，寫出原子態(tài)第八章X射線一、X射線的產(chǎn)生與觀測1.X射線管2.X射線衍射方程：二、X射線光譜的特點和產(chǎn)生原因1.連續(xù)譜：軔致輻射，最短波長2.標識譜：內(nèi)層電子躍遷，

莫塞萊公式三．康普頓效應

1.定性解釋：光子與電子的碰撞，自由電子與束縛電子

2.定量解釋：

—康普頓公式康普頓波長3.意義：驗證光量子性，測h第十章原子核一、原子核的基本性質(zhì)1.原子核的電荷：q=+Ze2.原子核的組成：質(zhì)子3.原子核的質(zhì)量：

中子核子A=Z+N核素4.原子核的大?。ò霃剑?/p>

5.原子核的角動量與磁矩

6.原子核的電四極勢

7.原子核的統(tǒng)計性：質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)的核是玻色子；質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的核是費米子。

8.原子核宇稱：取決于核子角動量量子數(shù)之和奇、偶性

二、原子核的結(jié)合能1.原子核的結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核放出的能量2.質(zhì)量虧損：3.原子核結(jié)合能的計算4.平均結(jié)合能（比結(jié)合能）平均結(jié)合能大的原子核穩(wěn)定三、原子核的放射性衰變放射性衰變及其分類：

（1）放射性衰變：元素數(shù)量自發(fā)地逐漸減少

（2）放射性衰變分類：—統(tǒng)計規(guī)律

2.衰變規(guī)律λ

標志衰變的快慢4.半衰期5.平均壽命3.衰變常數(shù)：6.放射性應用舉例：推斷年代（計算核素的放射時間）7.α衰變衰變能Ed——衰變過程所釋放的能量α衰變的條件:8.衰變與內(nèi)變換衰變：原子核通過發(fā)射光子從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)的過程

內(nèi)變換：原子核直接將激發(fā)能交給核外電子使它離開原子的現(xiàn)象；釋放出來的電子叫內(nèi)變換電子，其能量為：1）-衰變衰變能衰變條件：9.衰變2)+衰變衰變能衰變條件：原子核俘獲一個核外K層上的電子，核內(nèi)一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，同時放出一個中微子的過程。3)K電子俘獲衰變能：-第i層電子的結(jié)合能。衰變條件：四、核力與核結(jié)構(gòu)模型1.核力的基本性質(zhì)及其作用機制：

（1）基本性質(zhì)：

短程性（在極短程內(nèi)為斥力）；飽和性；強力性；與電荷無關(guān)。（2）核子間交換π介子

2.核結(jié)構(gòu)模型

（1）費米氣體模型五、原子核反應

（3）殼層模型

（2）液滴模型

（4）集體運動模型1.核反應:用具有一定能量的粒子轟擊原子核，使其放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞?2.核反應過程中的守恒定律動量守恒：即反應前后體系的總動量不變。電荷守恒質(zhì)量數(shù)守恒能量守恒3.反應機制:直接反應；復合核反應；光學模型4.反應過程:獨立粒子；復合核；分離5.反應類型：裂變；聚變6、核反應中的能量（1）反應能:反應前后系統(tǒng)的動能之差，用Q

表示。靜質(zhì)量動能能量守恒：（2）.核反應閾能

閾能：激發(fā)原子核反應的撞擊粒子必須具有的最低能量。放能核反應：吸能核反應：7、反應截面實質(zhì)：單個入射粒子束和一個靶核發(fā)生反應的幾率。微分反應截面8、裂變：重核分裂為輕核,同時釋放出能量。（2）激活能(Ef)條件：結(jié)合能和中子動能轉(zhuǎn)變?yōu)閺秃虾说募ぐl(fā)能當時裂變就可發(fā)生，反之則不行。（1）鏈式反應條件：增值因子9、聚變:

（1）多個輕核結(jié)合到一起形成平均結(jié)合能大的原子核,同時釋放能量的過程。（2）聚變反應的困難

（3）熱核反應機制：（4）聚變能的利用：氫彈；可控熱核聚變（3）裂變能的利用：原子彈；核反應堆一、粒子的分類1、規(guī)范粒子：是傳遞相互作用的媒介。

光子、膠子g、中間玻色子W±和Z0

。（玻色子J=1）2、輕子：參與弱相互作用,帶電的粒子也參與電磁作用。3、強子：(重子和介子)