原子物理学复习
第一章 原子的基本状况
一、学习要点
1．原子的质量和大小,
R ~ 10-10 m , N o =×1023/mol
2．原子核式结构模型 (1)汤姆孙原子模型
(2)α粒子散射实验：装置、结果、分析 (3)原子的核式结构模型 (4)α粒子散射理论： 库仑散射理论公式：
(5)原子核大小的估计 (会推导): 散射角θ：),2
sin
11(Z 241
2
2
0θ
πε+
?
=
Mv e r m
α粒子正入射：2
02
4Z 4Mv e r m πε= ,m r ～10－15－10－14 m
二、基本练习
1．选择
(1)原子半径的数量级是： A ．10－10cm; C. 10-10m
(2)原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中： A.绝大多数α粒子散射角接近180? B.α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
()
(X)Au A
A g M N =
=12
-27C 1u 1.6605410kg
12
=
=?的质量
2201
2c 42
v Ze b tg
M θ
πε=
角散射
(3)用相同能量的α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α粒子束所得结果的几倍 A. 1/4 B . 1/2 C . 1 D. 2
4一强度为I 的α粒子束垂直射向一金箔，并为该金箔所散射。若θ=90°对应的瞄准距离为b ，则这种能量的α粒子与金核可能达到的最短距离为：
A. b ; B . 2b ; C. 4b ; D. 。
2．简答题
（1）简述卢瑟福原子有核模型的要点.
（2）简述α粒子散射实验. α粒子大角散射的结果说明了什么 3．褚书课本P 20－21：（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)11(~2
2
n
m
R -
=ν
、
光谱项()2
n R n T =
、并合原则：)()(~n T m T -=ν
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
02
200
2
02
22
0A 529,04,Z Z 4≈===e m a n a n e m r e e n ηηπεπε;13714,Z Z 40202≈===c e n c n e c e n ηηπεααπευ； ()n hcT n hc R n e m E e n --
=-=∞2
2
2
2422
Z 2Z )
41(
ηπε，n ＝１.……
(3)实验验证：
（a ）氢原子4个线系的形成)11(Z ~,)4(22
2
232042n m R c
h e m R e -
==∞
∞νπεπ (会推导）
非量子化轨道跃迁
)(2
1
2n E E mv h -+=
∞ν （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（+++Li ,He ,正电子偶素.-μ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
e
e m M m M +?=
μ, 正负电荷中心之距Z
e n r n 2
2
204μπεη=
.
能量2
2422
2Z )
41(
n
e E n ημπε-=，里德伯常数变化M
m R R e
A +=∞
11
重氢（氘）的发现 4.椭圆轨道理论
索末菲量子化条件q q n h n pdq ,?=为整数
a n
n b n e m a n e m E n p e n ???πεπε=
=
-==,Z 4,2Z )
41(
,22
202
2422
ηηη，n n n ,,3,2,1;,3,2,1ΛΛ==?
n 一定，n E 一定，
长半轴一定，有n 个短半轴，有n 个椭圆轨道（状态），即n E 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-1 B .n(n-1)/2 C .n(n+1)/2 D .n
(2)氢原子光谱赖曼系和巴耳末系的系线限波长分别为：
4 和R/9 和R/4 R 和9/R R 和4/R
(3)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/4 B. Rhc 4e D. 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）
α
用能量为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）；
(6)有速度为m/s
?的自由电子被一质子俘获,放出一个光子而形成基
106
态氢原子,则光子的频率（Hz）为:
A．?15；?15；?15；?16（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．3
R/8 ∞R4 3∞R3∞R
∞
(8)象μ-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μ-原子，那么μ-原子基态轨道半径与相应的电子轨道半径之比为（μ-子的质量为m=206m e）
206 (206)2
(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：
B.+
C.+ 根据玻尔理论可知，氦离子H e+的第一轨道半径是：
A．2
a B. 40a C. 0a/2 D. 0a/4
(11）在H e+离子中基态电子的结合能是：
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
+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）
-1.6
-3.7
-5.5
-10.4基态
A. , , ；
B. , , ；
C . , , ； D. , , 。
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）
?E = R He hcZ 2[1/12
1/32] = ??9 =
当E k ≥?E 时, 其中E k = 1
2
m e V 2, 能使He +激发到第二激发态
V min = (2?E /m e ) 1/2 = ??) 1/2?3?108 = ?
s -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）。
()E c 1212
=-
μα ,
μ=
12
m e
()E m c e 12
12121213668=-
?=-?=-α..eV eV r m a m
m a e e e 1002252910=?==?-μ.nm
．楮书P76--77 (1)(2) (4)(5)(6)(7) 第三章 量子力学初步 一、学习要点 1．德布罗意假设： (1)内容：
ωνη==h E
,
n k k h
p ρ
ρηλ
πλ
2,===
(2)试验验证：戴维孙—革末试验 电子 λ=
V
meV
h 26.122≈（?）
2．测不准关系：2
η≥???x p x , 2
η≥???E t ； 3量子力学对氢原子的处理 轨道角动量()1,,2,1,0,1-=+=n l l l p
l
Λη，l 称为轨道角量子数，
轨道角量子数l =0 1 2 3 4 … 电 子 态 s p d f
g … 原 子 态
S P D F
G
…
能量()n hcT n
hc R n
e m E e n --
=-=∞2
2
2
2422
Z 2Z )
41(
ηπε，n ＝１.……
轨道投影角动量()l l l l m m p
l l lz
,1,,1,0,,1,,----==ΛΛη ，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l m l n ,,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—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 υ， p =λh ; =ωη，P=κη; C. E=h υ ，p =λη; D. E=ωη ，p=λ
η (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 ．?； ； ?； (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； ； ； 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)光谱项()
()2
2
2
2
2
2
Z Z n
R n
R n R
n
R T l σ-=
=
?-=
=
**;σ-=?-=
?-=**Z Z ,l
l n n
n n
(3)起始主量子数Li:n=2 ; Na:n=3 ; K:n=4 ; Rb:n=5 ;Cs:n=6 ; Fr:n=7 (4)碱金属原子能级.选择定则1±=?l
(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
()2
1(,1=
+=s s s p s η称自旋角量子数）和自旋磁矩B s s e
s p m e μμμ3,=-
=ρ
ρ
. 自旋投影角动量2
1
,±
==s s sz m m p η称自旋磁量子数
(2)单电子角动量耦合：总角动量()??????
?=≠±=+=
0,2
10,2
1
,1l l l j j j p j
η，称总角量子数（内量子数、副量子数；总角动量的投影角动量
()j j j j m m p j j jz ,1,,1,,----==Λη，称总磁量子数
(3)描述一个电子的量子态的四个量子数：强场：s l m m l n ,,,；
弱场：j m j l n ,,, 原子态（光谱项）符号 j s L n 12+
S 态不分裂，Λ
,,,,G F D P 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—轨道的相互作用 (2)选择定则：1±=?l ,1,0±=?j
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=±3； C. j= ±7/2 , ± 5/2; D. j= 5/2 ,7/2
（2）已知一个价电子的21,1==s l ,试由s l j m m m +=求j m 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.nP S -=2~ν
； B. S nP 2~→=ν; C ．nP S →=2~ν; D ．S nP 2~-=ν （4）碱金属原子的光谱项为：
=R/n 2; B .T=Z 2R/n 2; 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 ． （9）钠原子基项3S 的量子改正数为，试确定该原子的电离电势：
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－轨道相互作用
(8)产生钠的两条黄谱线的跃迁是：
2→2S1/2 , 2P1/2→2S1/2; B. 2S1/2→2P1/2, 2S1/2→2P3/2;
C. 2D3/2→2P1/2, 2D3/2→2P3/2;
D. 2D3/2→2P1/2 , 2D3/2→2P3/2
（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l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.0
?l; D. 1=
=
?l
=
?l或1; C. 1±
?l; B. 0
=
(12）碱金属原子的价电子处于n＝3, l＝1的状态,其精细结构的状态符号应为：
A .32S1/2；2； C .32P1/2; D .32D3/2
(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
(14）对碱金属原子的精细结构12S1/2 12P1/2, 32D5/2, 42F5/2,22D3/2这些状态中实际存在的是：
2,32D5/2,42F5/2; 2 ,12P1/2, 42F5/2; 2,32D5/2,22D3/2; 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： A.
ηη2
15,235; B .
ηη23
,215; C. ηη2
35
,263; D. ηη2,6
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，Λ,,,,G F D P 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符号表示应为
.2/122/122/32/12
2P 2S P 2S →→n n
7.处于2S 1/2的基态钾原子，在特斯拉的磁场中，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
11.?1010Hz
4．计算题
1.褚书P143 ...
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；
3P2,1,0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
(2)氦原子由状态1s2p 3P2,1,0向1s2s 3S1跃迁,可产生的谱线条数为：；；；
(3)氦原子由状态1s3d 3D3,2,1向1s2p3P2,1,0跃迁时可产生的谱线条数为：
；；；
(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
；; ; D．1S0;
(6)氦原子的电子组态为n1pn2s,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n1pn2s 3D2,1,0和n1pn2s 1D1；
C.由于违背泡利原理只存单态不存在三重态；
D.为n1pn2s 3P2,1,0和n1pn2s 1P1.
(7)C++离子由2s3p 3P2,1,0到2s3s 3S1两能级的跃迁,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1s1s3S1并不存在,其原因是:
A.因为自旋为1/2,l1=l2=0 故J=1/2;
B.泡利不相容原理限制了1s1s3S1的存在;
C..因为三重态能量最低的是1s2s3S1;
D.因为1s1s3S1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：
；; ; .
(11)4D3/2 态的轨道角动量的平方值是：
３η2 ; η; ２η2; D.２η2
(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：
,1,2, 3S1 ; B.3P0,1,2 , 1S0; , 3P0,1,2 ; ,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：
个；个；个；个；
(14)电子组态2p4d所形成的可能原子态有：
A．1P ３P １F ３F； B. 1P 1D 1F 3P 3D 3F;
C．3F 1F; 1P 1D 3S 3P 3D.
(15)硼（Z=5）的B+离子若处于第一激发态,则电子组态为：
(16)铍（Be）原子若处于第一激发态,则其电子组态：
；；;
(17)若镁原子处于基态,它的电子组态应为：
A．2s2s
(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:
,1s1p ,2d3p
C,2d3p,2p3s ,2p3s
(19)电子组态1s2p所构成的原子态应为:
A 1s2p1, 1s2p3P2,1,0,1s2p3S1
C 1s2p1S0, 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:
; 2; 2; 2
(21)试判断原子态：1s1s3S1,1s2p3P2,1s2p1D1, 2s2p3P2中下列哪组是完全存在的
A. 1s1s3S11s2p3P22s2p3P2 B .1s2p3P21s2p1D1
C. 1s2p3P22s2p3P22s2p3P21s2p1D1
(22)在铍原子中,如果3D1,2,3对应的三能级可以分辨,当有2s3d3D1,2,3到2s2p3P2,1,0的跃迁中可产生几条光谱线
A．6
(23)有状态2p3d3P2s3p3P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：2; 2 ; 2; 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.η6;
B. η
12; C. η
30
15; D. η
(26)试确定D3／2谱项可能的多重性：
，3，5，7；，4，6，8；C．3，5，7；，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；；；
(28)钙原子的能级应该有几重结构
A．双重； B.一、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?l=±1; ?j=±
,,
01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
A. 不同;
B. 相同;
C. ?l相同, ?j不同;
D. ?l不同, ?j相同。
30由状态2p3p 3P到2s2p 3P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2P 3/2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
第六章 在磁场中的原子 一、学习要点
1．原子有效磁矩 J J
P m
e g
ρρ2-=μ,
)
1(2)
1()1()1(1++++-++
=J J S S L L J J g
2．外磁场对原子的作用：
原子受磁场作用的附加能量:B g M B E B J J μμ=?-=?ρ
ρ
附加光谱项()1
-m 7.464~
,~4B mc
eB L L g M mc eB g M T J J ≈===?ππ
能级分裂图
（3）史—盖实验；原子束在非均匀磁场中的分裂
对非均匀磁场: , 原子除受力矩作用外,还受到力的作用, 而改变运动路径.
D
? z d
B J g M v L dz dB m s μ2
21??
? ??-=,（m
为原子质量）
（4）塞曼效应：光谱线在外磁场中的分裂，机制是原子磁矩与外磁场的相互作用,使能级进一步的分裂所造成的. 塞曼效应的意义
①正常塞曼效应：在磁场中原来的一条谱线分裂成3条,相邻两
条谱线的波数相差一个洛伦兹单位L ~
Cd 6438埃 红光1D 21
P 1 氦原子 66781埃 1D 2
1
P 1
②反常塞曼效应：弱磁场下：Na 黄光：D 2线 5890埃 2P 3/22
S 1/2
（1分为6）；D 1线5896埃 2P 1/22
S 1/2（1分为4）
Li ( 2D 3/2
2
P 1/2)
格罗春图、相邻两条谱线的波数差、能级跃迁图 选择定则
)(1);(0);(1+-+-=?σπσJ M
0,0x y z Z
F F dB F dz
μ===
垂直磁场、平行磁场观察的谱线条数及偏振情况 （5）顺磁共振 二、基本练习 选择题
（1）在正常塞曼效应中，沿磁场方向观察时将看到几条谱线： A ．0； ； ；
（2）正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为： A ．每个能级在外磁场中劈裂成三个； B.不同能级的郎德因子g 大小不同； C ．每个能级在外场中劈裂后的间隔相同； D.因为只有三种跃迁
（3）B 原子态2P 1/2对应的有效磁矩（g ＝2／3）是 A. B μ33
； B.
B μ3
2
；
C.
B μ3
2 ； D.
B μ2
2
. (4)塞曼效应中观测到的π和σ成分,分别对应的选择定则为： A ；)(0);(1πσ±=?J M
B. )(1);(1σπ+-=?J M ;0=?J M 时不出现；
C.
)(0σ=?J M ，)(1π±=?J M ；
D.
)(0);(1πσ=?±=?S L M M
(5)原子在6G 3/2状态,其有效磁矩为： A ．
B μ3
15
； B. 0； C.
B μ2
5
； D.
B μ2
15-
(完整版)原子物理学第五章填空判断题(有答案)
第五章增加部分 题目部分，(卷面共有50题,96.0分,各大题标有题量和总分) 一、判断题(16小题,共16.0分) 1．(1分)同一电子组态形成的诸原子态间不发生跃迁。 2．(1分)跃迁可以发生在偶宇称到偶宇称之间。 3．(1分)跃迁只发生在不同宇称之间。 4．(1分)两个s电子一定可以形成1S0和3S1两个原子态。 5．(1分)同科电子形成的原子态比非同科电子形成的原子态少。 6．(1分)镁原子有两套能级，两套能级之间可以跃迁。 7．(1分)镁原子的光谱有两套，一套是单线，另一套是三线。 8．(1分)钙原子的能级是二、四重结构。 9．(1分)对于氦原子来说，第一激发态能自发的跃迁到基态。 10．(1分)标志电子态的量子数中，S为轨道取向量子数。 11．(1分)标志电子态的量子数中，n为轨道量子数。 12．(1分)若镁原子处于基态，它的电子组态应为2s2p。 13．(1分)钙原子的能级重数为双重。 14．(1分)电子组态1s2p所构成的原子态应为1P1和3P2,1,0。 15．(1分)1s2p ,1s1p 这两个电子组态都是存在的。 16．(1分)铍（Be）原子若处于第一激发态，则其电子组态为2s2p。 二、填空题(34小题,共80.0分) 1．(4分)如果有两个电子，一个电子处于p态，一个电子处于d态，则两个电子在LS耦合下L的取值为（）P L的可能取值为（）。 2．(4分)两个电子LS耦合下P S的表达式为（），其中S的取值为（）。3．(3分)氦的基态原子态为（），两个亚稳态为（）和（）。 4．(2分)Mg原子的原子序数Z=12，它的基态的电子组态是（），第一激发态的电子组态为（）。 5．(2分)LS耦合的原子态标记为（），jj耦合的原子态标记为（）。6．(2分)ps电子LS耦合下形成的原子态有（）。 7．(2分)两个电子LS耦合，l1=0，l2=1下形成的原子态有（）。 8．(2分)两个同科s电子在LS耦合下形成的原子态为（）。 9．(2分)两个非同科s电子在LS耦合下形成的原子态有（）。 10．(2分)两个同科s电子在jj耦合下形成的原子态为（）。 11．(4分)sp电子在jj耦合下形成（）个原子态，为（）。12．(2分)洪特定则指出，如果n相同，S（）的原子态能级低；如果n和S均相同，L （）的原子态能级低（填“大”或“小”）。 13．(2分)洪特定则指出，如果n和L均相同，J小的原子态能级低的能级次序为（），否则为（）。 14．(2分)对于3P2与3P1和3P1与3P0的能级间隔比值为（）。 15．(2分)对于3D1、3D2、3D3的能级间隔比值为（）。 16．(2分)郎德间隔定则指出：相邻两能级间隔与相应的（）成正比。 17．(3分)LS耦合和jj耦合这两种耦合方式所形成的（）相同、（）相同，但（）不同。 18．(4分)一个p电子和一个s电子，LS耦合和jj耦合方式下形成的原子态数分别为（）
原子物理学教学大纲
原子物理学理论课教学大纲 《原子物理学》课程教学大纲新06年8月课程编号：02300009 课程名称：原子物理学 英文名称： Atomic Physics 课程类型：专业基础课 总学时： 54 学分： 2.5 适用对象：物理、电子信息科学专业本科生 先修课程：高等数学、力学、电磁学、光学 1.课程简介 本课程着重从光谱学、电磁学、X射线等物理实验规律出发，以原子结构为中心，按照由现象到本质、由实验到理论的过程帮助学生建立起微观世界量子物理的基本概念，并利用这些基本概念说明原子、分子以及原子核和粒子的结构和运动规律，介绍在现代科学技术上的重大应用。是近代物理的入门课程，是物理专业的一门重要基础课。本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。 2.课程性质、目的和任务
本课程是物理专业学生必修课。是力学、电磁学和光学的后续课程、近代物理课的入门课程。是量子力学、固体物理学、原子核物理学、激光、近代物理实验等课程的基础课。目的是引导学生从实验入手，用量子化和微观思维方式，分析微观高速运动物体的规律。主要任务是：通过本课程的教学，让学生对原子及原子核的结构、性质、相互作用及运动规律有概括而系统的认识。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，使学生建立丰富的微观世界的物理图像和物理概念，培养学生用微观思维方式分析问题和解决问题的能力。 3.教学基本要求 (1)了解原子物理学、原子核物理学发展的历程，培养科学研究的素质，加深对辩证唯物主义的理解。 (2)了解原子和原子核所研究的内容和前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。 (3)掌握原子、原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律；掌握处理原子、原子核物理学现象及问题的手段和途径。培养学生掌握科学研究的基本方法。 (4)使学生了解无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次，理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律； (5)结合一些物理学史介绍，使学生了解物理学家对物理结构的实验——理论——再实验——再理论的认识过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，并为以后继续学习量子力学和有关课程打下基础。 4.教学内容及要求
原子物理学练习题及答案
填空题 1、在正电子与负电子形成的电子偶素中，正电子与负电子绕它们共同的质心的运动，在n = 2的状态， 电子绕质心的轨道半径等于 nm 。 2、氢原子的质量约为____________________ MeV/c 2。 3、一原子质量单位定义为 原子质量的 。 4、电子与室温下氢原子相碰撞，欲使氢原子激发，电子的动能至少为 eV 。 5、电子电荷的精确测定首先是由________________完成的。特别重要的是他还发现了 _______ 是量子化的。 6、氢原子 n=2,n φ =1与H + e 离子n=?3,?n φ?=?2?的轨道的半长轴之比a H /a He ?=____, 半短轴之比b H /b He =__ ___。 7、玻尔第一轨道半径是0.5291010-?m,则氢原子n=3时电子轨道的半长轴a=_____,半短轴 b?有____个值，?分别是_____?， ??, . 8、 由估算得原子核大小的数量级是_____m,将此结果与原子大小数量级? m 相比, 可以说明__________________ . 9、提出电子自旋概念的主要实验事实是-----------------------------------------------------------------------------和 _________________________________-。 10、钾原子的电离电势是4.34V ，其主线系最短波长为 nm 。 11、锂原子（Z =3）基线系（柏格曼系）的第一条谱线的光子能量约为 eV （仅需 两位有效数字）。 12、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符号表示应 为——————————————————————————————————————————————。 13、如果考虑自旋, 但不考虑轨道-自旋耦合, 碱金属原子状态应该用量子数————————————表示，轨道角动量确定后, 能级的简并度为 。 14、32P 3/2→22S 1/2 与32P 1/2→22S 1/2跃迁, 产生了锂原子的____线系的第___条谱线的双线。 15、三次电离铍(Z =4)的第一玻尔轨道半径为 ，在该轨道上电子的线速度 为 。 16、对于氢原子的32D 3/2能级，考虑相对论效应及自旋-轨道相互作用后造成的能量移动与 电子动能及电子与核静电相互作用能之和的比约为 。 17、钾原子基态是4s,它的四个谱线系的线系限的光谱项符号,按波数由大到小的次序分别 是______,______,_____,______. (不考虑精细结构，用符号表示). 18、钾原子基态是4S ，它的主线系和柏格曼线系线系限的符号分别是 _________和 __ 。 19、按测不准关系,位置和动量的不确定量 ?x,x p ? 之间的关系为_____ 。 20、按测不准关系,位置和动量的不确定量 ?E,t ? 之间的关系为_____ 。
原子物理学试题汇编
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）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1 0, j 1,± = ? ± ?＝ l（3分）能级跃迁图为（6分） 三、（15 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 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）
原子物理学09-10-2 B卷试题
2009—2010学年第2学期《原子物理学》期末试卷 专业班级 姓名 学号 开课系室应用物理系 考试日期2010年6月26日10:00-12:00
说明：请认真读题，保持卷面整洁，可以在反面写草稿，物理常数表在第4页。 一. 填空题(共30空，每空1分，共30分) 1. 十九世纪末的三大发现、、，揭开了近代物理学的序幕。 2. 原子质量单位u定义为。 3. 教材中谈到卢瑟福的行星模型(原子的有核模型)有三个困难，最重要的是它无法解释原子的问题。丹麦科学家玻尔正是为了解决这个问题，在其原子理论引入第一假设，即分离轨道和假设，同时，玻尔提出第二假设, 即假设，给出频率条件，成功解释了困扰人们近30年的氢光谱规律之谜，第三步，玻尔提出并运用，得到角动量量子化、里德堡常数等一系列重要结果。 4. 夫兰克- 赫兹(Franck-Hertz) 实验是用电子来碰撞原子，测定了使原子激发的“激发电势”，证实了原子内部能量是的，从而验证了玻尔理论。氢原子的电离能为eV，电子与室温下氢原子相碰撞，欲使氢原子激发，电子的动能至少为eV。 5. 在原子物理和量子力学中，有几类特别重要的实验，其中证明了光具有粒子性的有黑体辐射、、等实验。 6. 具有相同德布罗意波长的质子和电子，其动量之比为，动能(不考虑相对论效应)之比为。 7. 根据量子力学理论，氢原子中的电子，当其主量子数n=3时，其轨道磁距的可能取值为。
8. 考虑精细结构，锂原子(Li)第二辅线系(锐线系)的谱线为双线结构，跃迁过程用原子态符号表示为 ， 。(原子态符号要写完整) 9. 原子处于3D 1状态时，原子的总自旋角动量为 , 总轨道角动量为 ， 总角动量为 ； 其总磁距在Z 方向上的投影Z μ的可能取值为 。 10. 泡利不相容原理可表述为： 。它只对 子适用，而对 子不适用。根据不相容原理，原子中量子数l m l n ,,相同的最大电子数目是 ；l n ,相同的最大电子(同科电子)数目是 ； n 相同的最大电子数是 。 11. X 射线管发射的谱线由连续谱和特征谱两部分构成，其中，连续谱产生的机制是 ， 特征谱产生的机制是 。 二、选择题(共10小题，每题2分，共20分) 1. 卢瑟福由α粒子散射实验得出原子核式结构模型时，理论基础是： ( ) A. 经典理论； B. 普朗克能量子假设； C. 爱因斯坦的光量子假设； D. 狭义相对论。 2. 假设钠原子(Z=11)的10个电子已经被电离，则至少要多大的能量才能剥去它的 最后一个电子？ ( ) A.13.6eV ； B. 136eV ； C. 13.6keV ； D.1.64keV 。 3. 原始的斯特恩-盖拉赫实验是想证明轨道角动量空间取向量子化, 后来结果证明 的是： ( ) A. 轨道角动量空间取向量子化； B. 自旋角动量空间取向量子化； C. 轨道和自旋角动量空间取向量子化； D. 角动量空间取向量子化不成立。
原子物理学课程教学大纲
原子物理学课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：原子物理学 所属专业：物理学专业 课程性质：基础课 学分：4 （二）课程简介、目标与任务； 原子物理学是物理类专业本科生的专业必修课，以物质结构的第一个微观层次（原子）为研究对象，是联接经典物理和近代物理的一门承上启下的课程。在理论方法上，该课程揭露经典理论在原子这一微观层次遭遇到的困难，并且为了解决这些困难而引入量子力学，学生将在本课程中较为系统地学习到量子力学的基本概念、基本原理、基本思想和方法。在应用实践上，通过本课程的学习，学生将系统性地了解和掌握原子物理学的发展历史，获得有关原子的电子结构、性质及其与外场相互作用的系统性知识，为以后从事相关的科学研究、生产应用和教学工作打下良好的基础。 （三）先修课程要求，与先修课之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程：《高等数学》、《数学物理方法》、《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》 关系：《高等数学》和《数学物理方法》是学习原子物理学的数学基础。《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》和《光学》包含了学生在学习原子物理学之前需要掌握的必要的经典物理知识。有了这些准备知识才能理解为何不能用经典理论来研究原子体系，从而必须引入量子力学。 （四）教材与主要参考书； 选用教材：杨福家, 《原子物理学》第四版, 高等教育出版社, 2010 主要参考书：
1, C. J. Foot，《Atomic Physics》， Oxford University Press， 2005 2, H. Friedrich，《Theoretical Atomic Physics》， Springer， 2006 3, 褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社， 1987 4, 曾谨言，《量子力学》，科学出版社， 2000 5, 卢希庭，《原子核物理》，原子能出版社， 1981 二、课程内容与安排 绪论原子物理学的发展历史（2学时）【了解】 第一章原子的组成和结构（5学时） 第一节原子的质量和大小【掌握】 第二节电子的发现【了解】 第三节原子结构模型【了解】 第四节原子的核式结构，卢瑟福散理论【重点掌握】【难点】 第五节卢瑟福理论的成功和不足【掌握】 第二章原子的量子态，玻尔理论（8学时） 第一节背景知识：黑体辐射、光电效应和氢原子光谱【掌握】 第二节玻尔的氢原子理论【重点掌握】【难点】 第三节玻尔理论的实验验证【掌握】 第四节玻尔理论的推广：椭圆轨道理论和碱金属原子光谱【重点掌握】 第五节玻尔理论的成功与缺陷【掌握】 第三章量子力学导论（18学时）【重点掌握】【难点】 第一节波粒二象性 第二节不确定关系 第三节波函数及其统计解释 第四节态叠加原理 第五节薛定谔方程 第六节薛定谔方程应用举例 第七节平均值和算符 第八节量子力学总结 第九节氢原子／类氢离子的量子力学解法 第十节爱因斯坦关于辐射和吸收的唯象理论 第十一节量子跃迁理论，含时微扰论
原子物理学期末自测题
1、原子半径的数量级是： A．10－10cm; B.10-8m C.10-10m D.10-13m 2、原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中： A.绝大多数α粒子散射角接近180° B. α粒子只偏差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、进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符这说明： A.原子不一定存在核式结构 B.散射物太厚 C.卢瑟福理论是错误的 D.小角散射时一次散射理论不成立 4、用相同能量的α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.试问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍？ A.1/4 B.1/2 C.1 D.2 5、动能E =40keV的α粒子对心接近Pb(z=82)核而产生散射,则最小距离 K 为（m）： A.5.9 B.3.0 C.5.9╳10-12 D.5.9╳10-14 6、如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？ A.2 B.1/2 C.1 D .4 7,每10000 现有4个粒子被散射到角度大于5°的围.若金箔的厚度增加到4倍,那么被散 A. 16 B.8 C.4 D.2 8、90°和60°角方向上单位立体角的粒子数之比为： A． 9,, 分布,在散射物不变条件下则必须使： A B C D 10、氢原子光谱莱曼系和巴耳末系的系线限波长分别为： A.R/4 和R/9 B.R 和R/4 C.4/R 和9/R D.1/R 和4/R
11、氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是： A．13.6V和10.2V;B.–13.6V和-10.2V;C.13.6V和3.4V;D.–13.6V和-3.4V 12 A.5.29×10-10m B.0.529×10-10m C. 5.29×10-12m D.529×10-12m 电子的动能为1eV，其相应的德布罗意波长为1.22nm。 13、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）? α A.13.6 B.12.09 C.10.2 D.3.4 14、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.3 B.10 C.1 D.4 15、按照玻尔理论基态氢原子中电子绕核运动的线速度约为光速的： A.1/10倍 B.1/100倍 C .1/137倍 D.1/237倍 16、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． 17 A.-3.4eV B.+3.4eV C.+6.8eV D.-6.8eV +的第一轨道半径是： 18、根据玻尔理论可知，氦离子H e A． +处于第一激发态（n=2）时电子的轨道半径为： 19、一次电离的氦离子H e -10m-10-10-10m +离子中基态电子的电离能能是： 20、在H e A.27.2eV B.54.4eV C.19.77eV D.24.17eV 21、弗兰克—赫兹实验的结果表明： 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 22、为使电子的德布罗意假设波长为100nm，应加多大的加速电压： A．6V； B.24.4V；5V； D.15.1V 23、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）：
原子物理学
《原子物理学》课程 一．课程简介 课程号: 06120850 课程名称: 原子物理学 英文名称：Atomic Physics 周学时: 3 学分: 3 预修课程: 微积分, 大学物理(力学, 热力学, 光学, 电磁学) 课程性质：专业课 授课对象：物理专业大学生 内容简介：（中英文） 《原子物理学》是物理学本科专业的一门重要基础课。内容包括原子模型、电子自旋和原子磁矩、元素周期律、X射线、核模型、核衰变、核反应、核裂变与聚变等内容。通过学习，不仅可掌握原子和原子核物理方面的基础知识，还可了解量子力学的基本概念和实验背景，为以后近代物理学的学习打下扎实基础。 This course is a degree program for undergraduate students in the department of physics, Zhejiang University. The contents of the course include the models of atoms, spin of electrons and magnetic moment of atoms, periodic law of the elements, X-ray, models of the nuclei, decay of the nuclei, nuclear reactions, nuclear fission and fusion etc. After study the course, students will understand the basic knowledge of atomic and nuclear physics, the basic ideas and experimental background of quantum physics, which are very important for further studying modern physics. 二．教材和参考书 1.教材:《原子物理学》, 杨福家著, 高等教育出版社, 第四版，2010年12月1日 2. 参考书: （1）《原子物理学》,苟清泉主编, 高等教育出版社, 1983年版 （2）《原子物理学》,卢希庭主编, 原子能出版社, 1982年版 （3）《原子物理学》，褚圣麟主编，人民教育出版社，1979年6月版 （4）《Physics of Atoms and Molecules》, B. H. Bransden and C. J. Joachain, 1983
原子物理学期末试卷d
原子物理学D 卷 试题第1页（共3页） 原子物理学D 卷 试题第2页（共3页） 皖西学院 学年度第 学期期末考试试卷（D 卷） 系 专业 本科 级 原子物理学课程 一．填空题：本大题共9小题；每小题3分，共27分。 1． 在认识原子结构，建立原子的核式模型的进程中， 实验起了 重大作用。 2． 夫兰克-赫兹实验中用 碰撞原子，测定了使原子激发的“激发电势”，从而 证实了原子内部能量是 。 3． 线状光谱是 所发的，带状光谱是 所发的。 4． 碱金属原子光谱的精细结构是由于电子的 和 相互作用，导致碱 金属原子能级出现双层分裂（s 项除外）而引起的。 5．α 衰变的一般方程式为：α →X A Z 。放射性核素能发生α衰变的 必要条件为 。 6．原子中量子数l m l n ,,相同的最大电子数是 ；l n ,相同的最大电子数是 ； n 相同的最大电子数是 。 7．X 射线管发射的谱线由 和 两部分构成，它们产生的机制分别是： 和 。 8．二次电离的锂离子+ +Li 的第一玻尔半径，电离电势，第一激发电势和赖曼系第一条 谱线波长分别为： ， ， 和 。 9．泡利为解释β衰变中β粒子的 谱而提出了 假说，能谱的最大值对应于 的动量为零。 二．单项选择题：本大题共6小题；每小题3分，共18分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是正确的，请把正确选项的字母填在题后的括号内。 1． 两个电子的轨道角动量量子数分别为：31=l ，22=l ，则其总轨道角动量量子数可 取数值为下列哪一个？ （A ）0，1，2，3 （B ）0，1，2，3，4，5 （C ）1，2，3，4，5 （D ）2，3，4，5 （ ） 2． 静止的Rb 22688发生α衰变后，α粒子和子核动量大小之比为多少？ （A ）111：2 （B ）3：111 （C ）2：111 （D ）1：1 （ ） 3． 在原子物理和量子力学中，描述电子运动状态的量子数是：),,,(s l m m l n ，由此判 定下列状态中哪个状态是存在的？ （A ）（1，0，0，-1/2） （B ）（3，1，2，1/2） （C ）（1，1，0，1/2） （D ）（3，4，1，-1/2） （ ） 4． 在核反应O n n O 15 8168)2,(中，反应能MeV Q 66.15-=，为使反应得以进行，入射粒 子的动能至少为多少？ （A ）15.99MeV （B ）16.64MeV （C ）18.88MeV （D ）克服库仑势，进入靶核 （ ） 5． 钾原子的第十九个电子不是填在3d 壳层，而是填在4s 壳层，下面哪项是其原因？ （A ） 为了不违反泡利不相容原理； （B ） 为了使原子处于最低能量状态； （C ） 因为两状态光谱项之间满足关系 );3()4(d T s T < （D ） 定性地说，3d 状态有轨道贯穿和极化效应，而4s 状态没有轨道贯穿和极化 效应。 （ ） 6． 基态原子态为23 D 的中性原子束，按史特恩-盖拉赫方法，通过不均匀横向磁场后分 裂成多少束？ （A ）2； （B ）3； （C ）5； （D ）7。 （ ）
原子物理学第二章习题答案
第二章 原子的能级和辐射 试计算氢原子的第一玻尔轨道上电子绕核转动的频率、线速度和加速度。 解：电子在第一玻尔轨道上即年n=1。根据量子化条件， π φ2h n mvr p == 可得：频率 21211222ma h ma nh a v πππν= == 赫兹151058.6?= 速度：61110188.2/2?===ma h a v νπ米/秒 加速度：222122/10046.9//秒米?===a v r v w 试由氢原子的里德伯常数计算基态氢原子的电离电势和第一激发电势。 解：电离能为1E E E i -=∞，把氢原子的能级公式2 /n Rhc E n -=代入，得： Rhc hc R E H i =∞-=)1 1 1(2=电子伏特。 电离电势：60.13== e E V i i 伏特 第一激发能：20.1060.1343 43)2 111(2 2=?==-=Rhc hc R E H i 电子伏特 第一激发电势：20.101 1== e E V 伏特 用能量为电子伏特的电子去激发基态氢原子，问受激发的氢原子向低能基跃迁时，会出现那些波长的光谱线 解：把氢原子有基态激发到你n=2,3,4……等能级上去所需要的能量是： )1 11(22n hcR E H -= 其中6.13=H hcR 电子伏特 2.10)21 1(6.1321=-?=E 电子伏特 1.12)31 1(6.1322=-?=E 电子伏特 8.12)4 1 1(6.1323=-?=E 电子伏特 其中21E E 和小于电子伏特，3E 大于电子伏特。可见，具有电子伏特能量的电子不足以把基
态氢原子激发到4≥n 的能级上去，所以只能出现3≤n 的能级间的跃迁。跃迁时可能发出的光谱线的波长为： ο ο ο λλλλλλA R R A R R A R R H H H H H H 102598 )3 111( 1121543)2 111( 1 656536/5)3 121( 1 32 23 22 22 1221 ==-===-===-= 试估算一次电离的氦离子+ e H 、二次电离的锂离子+ i L 的第一玻尔轨道半径、电离电势、第一激发电势和赖曼系第一条谱线波长分别与氢原子的上述物理量之比值。 解：在估算时，不考虑原子核的运动所产生的影响，即把原子核视为不动，这样简单些。 a) 氢原子和类氢离子的轨道半径： 3 1,2132,1,10529177.0443,2,1,44102 22 01212 2220= ======?==? ?===++++++ ++-Li H H Li H H H He Z Z r r Z Z r r Z Li Z H Z H Z me h a n Z n a mZe n h r e 径之比是因此，玻尔第一轨道半；，；对于；对于是核电荷数，对于一轨道半径；米，是氢原子的玻尔第其中ππεππε b) 氢和类氢离子的能量公式： ??=?=-=3,2,1,)4(222 12 220242n n Z E h n Z me E πεπ 其中基态能量。电子伏特，是氢原子的6.13)4(22 204 21-≈-=h me E πεπ 电离能之比： 9 00,4002 222== --==--+ ++ ++ H Li H Li H He H He Z Z E E Z Z E E c) 第一激发能之比：
基于应用型课程原子物理学的教学改革与实践思考 精选文档
基于应用型课程原子物理学的教学改革与实践思 考 1.引言 原子物理学是物理学专业的一门应用型很强的基础课，它是物理学发展史上承上启下的一门学科，成为经典物理和量子力学知识的桥梁和纽带，原子物理在物理学发展中起到非常重要的作用[1-3]，从宏观到微观尺度的过渡，原子物理学所涉及的知识、理论和实验，是学习理论物理和从事材料科学、化学、生命科学、能源科学、量子物理、信息科学、光学、激光技术、环境科学以及空间科学研究的基础[4-6]。在内容体系上，原子物理学在普通物理知识的基础上，给出了原子尺度范围的粒子的量子特性及粒子运动和变化的基本规律，研究和讨论物质结构在原子、电子、原子核及基本粒子等层次的性质、结构、特点和运动规律[6-8]，很多基本理论及实验仍然是材料科学、化学、生命科学等一些高技术应用领域的基础。所以，针对社会的实际需求，相应的在课堂教学与实验中，需要对课程内容、教学手段、教学方法、实验技能等方面进行改革和创新，以适应当代大学生综合素质的培养和社会发展的实际需要。 自我院成立至今，原子物理学这门课程一直是物理学专业学生的必修课。为了进一步改善原子物理学课程的教学效果，2000 年先后分几次组织物理系的老师重新编写了课堂教学纲要和实
验教学大纲，并设置了如原子核物理、物理学史、近物实验研究．等选修课，以辅助对原子物理课程的教学改革。在2010-2015年，学校和学院对人才培养方案和课程设置进行了四次修订，这也加大了我院课程教学改革的力度，原子物理学的教学及实验改革也多次在教研室活动中开展讨论。结合学校的质量工程项目和人才培养方案，原子物理学的课程改革势在必行。 2.现存主要问题 随着高新科技的发展和前沿相关知识的应用，许多旧理论和知识没有得到更新，相应的实验设备、实验技术也停留在很多年前，部分课程的内容显得很无新意。目前学院一直使用的原子物理学教材是?圣麟先生编写，由于编写时间较早，在与时俱进、科技同步发展的内容上缺少对前沿领域新知识、新技术、新实验、新功能、新应用的介绍和更新[9-10]，导致原子物理的教学内容与现代物理、现代科技的迅猛发展实际相脱离，这就要求我们对原子物理的教学纲要及教学内容进行重新审定，同时改善现有的教学方法和教学手段。如何把原子物理里的量子理论及实验和现代高科技技术应用恰当的结合，让学生容易接受，便于吸收消化，并能用于创新实验和实践，成了原子物理学课程教学改革的一个急需解决的问题。 3.课程教学改革与实践的具体实施 本着加强基础知识，结合前沿领域，促进实验与实践创新，提出关于原子物理课程教学改革与实践的一些办法。
原子物理习题
基本练习： 1．选择题： （1）在正常塞曼效应中，沿磁场方向观察时将看到几条谱线：C A ．0； B.1； C.2； D.3 （2）正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为：C A ．每个能级在外磁场中劈裂成三个； B.不同能级的郎德因子g 大小不同； C ．每个能级在外场中劈裂后的间隔相同； D.因为只有三种跃迁 （3）B 原子态2 P 1/2对应的有效磁矩（g ＝2／3）是 A A. B μ33； B. B μ3 2 ； C. B μ32 ； D. B μ22. (4)在强外磁场中原子的附加能量E ?除正比于B 之外,同原子状态有关的因子有：D A.朗德因子和玻尔磁子 B.磁量子数、朗德因子 C.朗德因子、磁量子数M L 和M J D.磁量子数M L 和M S (5)塞曼效应中观测到的π和σ成分,分别对应的选择定则为：A A ；)(0);(1πσ±=?J M B. )(1);(1σπ+-=?J M ;0=?J M 时不出现； C. )(0σ=?J M ，)(1π±=?J M ； D. )(0);(1πσ=?±=?S L M M (6)原子在6 G 3/2状态,其有效磁矩为：B A ． B μ315； B. 0； C. B μ25； D. B μ2 15- (7)若原子处于1 D 2和2 S 1/2态,试求它们的朗德因子g 值：D A ．1和2/3； B.2和2/3； C.1和4/3； D.1和2 （8）由朗德因子公式当L=S,J ≠0时,可得g 值：C A ．2； B.1； C.3/2； D.3/4 （9）由朗德因子公式当L=0但S ≠0时,可得g 值：D A ．1； B.1/2； C.3； D.2 （10）如果原子处于2 P 1/2态,它的朗德因子g 值：A A.2/3； B.1/3； C.2； D.1/2 （11）某原子处于4 D 1/2态,若将其放于弱磁场中,则能级分裂为：C A ．2个； B.9个； C.不分裂； D.4个 （12）判断处在弱磁场中,下列原子态的子能级数那一个是正确的：B A.4D 3/2分裂为2个； B.1P 1分裂为3个； C.2F 5/2分裂为7个； D.1 D 2分裂为4个 (13)如果原子处于2 P 3/2态，将它置于弱外磁场中时，它对应能级应分裂为：D A.3个 B.2个 C.4个 D.5个 (14)态1 D 2的能级在磁感应强度B 的弱磁场中分裂多少子能级?B A.3个 B.5个 C.2个 D.4个 (15)钠黄光D 2线对应着32P 3/2→32 S 1/2态的跃迁，把钠光源置于弱磁场中谱线将如何分裂：B A.3条 B.6条 C.4条 D.8条 (16)碱金属原子漫线系的第一条精细结构光谱线(2D 3/2→2 P 3/2)在磁场中发生塞曼效应,光
原子物理学第一章习题参考答案
第一章习题参考答案 速度为v的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角-4 约为10rad. 要点分析：碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变，并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动)，注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V，沿X方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射.电子质量用m e表示，碰撞前静止在坐标原点O处，碰撞后以速度v沿φ方向反冲.α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： （1） （3） （2） 作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ，得 （4） （5） 再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与V， 化简上式，得 （６） 若记，可将（６）式改写为 （７）
视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 令，则sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即2cos(θ+2φ)sinθ=0 （1）若sinθ=0则θ=0（极小）（8） （2）若cos(θ+2φ)=0则θ=90o-2φ（9） 将（9）式代入（7）式，有 由此可得 θ≈10弧度（极大）此题得证. （1）动能为的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大（2）如果金箔厚μm，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几 解：（1）依和金的原子序数Z 2=79 -4 答：散射角为90o所对所对应的瞄准距离为. (2)要点分析：第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来.90°～180°范围的积分，关键要知道n，问题不知道nA，但可从密度与原子量关系找出注意推导出n值.，其他值从书中参考列表中找. 从书后物质密度表和原子量表中查出Z Au=79，A Au=197，ρ Au=×10kg/m
原子物理学平时测验题
原子物理平时测试题（20分） 1、 简述α粒子散射实验。 答：α粒子轰击Au 箔，在金箔的周围以R 为半径做一个圆形轨道，装上可以绕以金箔为圆心滑动的望远镜，物镜上涂上ZnS 薄层【α粒子碰撞到ZnS 上会有荧光】. 实验用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度比汤姆孙模型所预言的大得多的偏转，大约有1/8000 的α粒子偏转角大于90°，甚至观察到偏转角等于150°的散射，称大角散射……这证明了金箔上有能使α粒子完全反弹的一个正电荷组成的核心——这是卢瑟福提出原子核式模型的重要实验依据。 2、 写出氢原子光谱的前面五个线系的波数表达式，简述氢原子光谱的特点。 赖曼系 巴尔末系 帕邢系 布喇开系： 普丰特系： 光谱特点： （1）光谱的线状的。 （2）谱线间有一定的关系，谱线构成一个个的谱线系，不同的线系也有共同的光谱项。 （3）每一条谱线的波数都可以表达为二光谱项之差。 3、 简述经典理论在解释原子核核式结构模型时遇到的困难。 答：按照经典电动力学，当带电粒子有加速度时，就会辐射；而发出来的电磁波的频率等于辐射体运动的频率。 （1）原子稳定结构的困难。卢瑟福将行星模型用于原子世界，虽然都受平方反比有心力支配，但电子带-e 电荷，轨道加速运动会向外辐射电磁能，这样电子将会在10-9s 时间内连续缩小，落入核内，正负电荷中和，原子宣告崩溃(塌缩)。原子的半径按照这种理论应该为10-15米，而不是10-10米。 但现实世界原子是稳定的。 （2）原子线状光谱的困难。按照经典电动力学，原子所发出来的光的频率等于原子中电子运动的频率。那么如果电子轨道连续缩小，其运动的频率就会连续增大，那么所发光的频率就是连续变化的，原子的光谱应该是连续光谱。但实验发 ,3,2),111(~22=-=n n R H ν ,5,4),131(~2 2=-=n n R H ν ,6,5),141(~22=-=n n R H ν ,7,6),151(~22=-=n n R H ν,...5,4,3121~2 2=??????-=n n R H ν
原子物理学期末考试试卷(E)参考答案
《原子物理学》期末考试试卷（E）参考答案 (共100分) 一．填空题(每小题3分，共21分) 1．7.16?10-3 ----(3分) 2．（1s2s）3S1（前面的组态可以不写）（1分）； ?S=0（或?L=±1，或∑ i i l=奇?∑ i i l=偶）（1分）； 亚稳（1分）。 ----(3分) 3．4；1；0,1,2 ；4；1,0；2,1。 ----(3分) 4．0.013nm (2分) , 8.8?106m?s-1(3分)。 ----(3分) 5．密立根（2分）；电荷（1分）。 ----(3分) 6．氦核 2 4He；高速的电子；光子(波长很短的电磁波)。(各1分) ----(3分) 7．R aE =α32 ----(3分) 二．选择题(每小题3分, 共有27分) 1.D ----(3分) 2.C ----(3分) 3.D ----(3分) 4.C ----(3分) 5.A ----(3分) 6.D 提示： 钠原子589.0nm谱线在弱磁场下发生反常塞曼效应，其谱线不分裂为等间距的三条谱线，故这只可能是在强磁场中的帕邢—巴克效应。 ----(3分) 7.C ----(3分) 8.B ----(3分) 9.D ----(3分)
三．计算题(共5题, 共52分 ) 1．解： 氢原子处在基态时的朗德因子g =2,氢原子在不均匀磁场中受力为 z B z B z B Mg Z B f Z d d d d 221d d d d B B B μμμμ±=?±=-== (3分) 由 f =ma 得 a m B Z =±?μB d d 故原子束离开磁场时两束分量间的间隔为 s at m B Z d v =?=??? ? ? ?212 22 μB d d (2分) 式中的v 以氢原子在400K 时的最可几速率代之 m kT v 3= )m (56.010400 1038.131010927.03d d 3d d 232 232B 2 B =??????=?=??= --kT d z B kT md z B m s μμ (3分) 由于l =0, 所以氢原子的磁矩就是电子的自旋磁矩（核磁矩很小，在此可忽略）， 故基态氢原子在不均匀磁场中发生偏转正好说明电子自旋磁矩的存在。 (2分) ----(10分) 2．解：由瞄准距离公式：b = 22a ctg θ及a = 2 1204z z e E πε得： b = 20012*79 **30246e ctg MeV πε= 3.284*10-5nm. (5分) 22 22 ()()(cot )22 (60)cot 30 3:1(90)cot 45 a N Nnt Nnt b Nnt N N θ σθπθπ?=?==?==? (5分) 3．对于Al 原子基态是2P 1/2：L= 1，S = 1/2，J = 1/2 (1分) 它的轨道角动量大小： L = = (3分) 它的自旋角动量大小： S = = 2 (3分) 它的总角动量大小： J = = 2 (3分) 4．（1）铍原子基态的电子组态是2s2s ，按L －S 耦合可形成的原子态： 对于 2s2s 态，根据泡利原理，1l = 0，2l = 0，S = 0 则J = 0形成的原子态：10S ； (3分) （2）当电子组态为2s2p 时：1l = 0，2l = 1，S = 0，1 S = 0， 则J = 1，原子组态为：11P ； S = 1， 则J = 0，1，2，原子组态为：30P ，31P ，32P ； (3分) （3）当电子组态为2s3s 时，1l = 0，2l = 0，S = 0，1 则J = 0，1，原子组态为：10S ，31S 。 (3分) 从这些原子态向低能态跃迁时，可以产生5条光谱线。 (3分)
从原子物理学的发展看原子物理学的特点及其教学任务_金蓉
第29卷湖北师范学院学报(自然科学版)V o l129第1期Journal o fH ube iN or m a lU n i versity(N at u ra l Sc i ence)N o11,2009 从原子物理学的发展 看原子物理学的特点及其教学任务 金蓉 (西华大学理化学院物理系,四川成都610039) 摘要:介绍原子物理学的发展概况,指出原子物理学的特点,探讨了原子物理学的教学任务. 关键词:原子物理学;发展概况;特点;教学 中图分类号:O571文献标识码:A文章编号:1009-2714(2009)01-0092-04 原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。原子物理学理论的形成和发展主要发生在19世纪末至20世纪二十年代中叶,它的发展同时促进了量子力学这门反映微观粒子运动规律的理论的的诞生.此后原子物理在量子力学理论的指导下进一步发展,并同时推动着其他相关学科的发展.如今它在天体物理、光物理、凝聚态物理、量子物理、等离子体物理、大气物理、化学、生命科学、计量科学、材料科学、能源科学、考古学、地质学、矿物学等方面的重要作用,无不向世人彰显其在理论和应用领域中的重要价值。因此,它理应作为物理专业的一门专业基础课。了解原子物理学的发展概况,认识其特点将有利于我们更好地搞好原子物理学的教学。 1原子物理学的发展概况 原子物理的迅猛发展,始于19世纪末人类关于X射线、放射性和电子的发现。特别是后两个发现向人们充分表明原子具有其内部结构,彻底粉碎了原子不可分的理论。1898年,汤姆逊大胆地提出了原子的/枣糕模型0:原子的带正电部分是一个原子那么大的,具有弹性的冻胶状球体,正电荷均匀分布在这球内或球面上,有负电子镶嵌着,这些电子在其平衡位置上作简谐振动,原子发光频率即为电子振动频率。此模型能解释原子的稳定性和原子的电中性问题,但是在对原子光谱和放射性问题进行解释时遇到困难。随着1909年马斯顿和盖革两人作了著名的/A粒子散射实验0后,汤姆逊模型遇到了难以克服的困难,即它无法解释有1/8000几率的A粒子被靶物质/反弹0的现象,因而该模型被推翻。1911年3月,英国物理学家卢瑟夫在曼彻斯特经过长期探索以及上述实验结果的提示,确定原子中有高密度的核,据此提出了全新的原子核式结构模型.该模型被后人形象地称为/行星模型0,其内容是在原子的中心存在一个带正电的,占有原子绝大多数的质量,体积非常小的原子核,电子在其外绕核做高速圆周运动,原子的发光频率即为电子的运动频率。但是,当人们试图用经典物理学对原子结构以及原子光谱等现象进行说明时遇到了不能克服的困难。因为按照经典电磁理论,电子绕核运转要对外辐射电磁波,形成连续光谱,同时电子因失去能量而沿螺旋线落向原子核.这与原子的线状光谱和原子的稳定性事实相违背.为解决原子结构带来的上述困难,1913年,年仅28岁的丹麦人尼耳斯#玻尔博士,在普朗克能量子概念和爱因斯坦光量子假设的基础上,基于原子的稳定性和原子光谱的实验定律,提出的三条著名的假设,建立了原子的/玻尔模型0.也是在1913年,英国的物理学家莫塞莱发表了关于x射线谱的研究工作,建立了莫塞莱定律,引入了原子序数的概念。1914 收稿日期:2008)11)08 作者简介:金蓉(1964)),女,四川彭州人,硕士,副教授,从事基础物理教学与研究1