原子物理学总结
原子物理学总结
2
Rutherford公式
dn d
sin 4
2
1
4
0
2
Nnt
Ze2 mv02
2
1、在同一粒子源和同一散射物：dn d 1 sin4
2、相同散射角：dn d t
2
3、同一散射物，相同散射角： dn d E2
4、同一源、散射角，相同N t，不同靶材：dn d Z 2
2m
E
(ih
t
)
drv
本征方程、本征函数与本征值
若用一个算符作用在函数上等于一个数值 乘以该函数本身，则这个方程称作该算符 的本征方程，这个数就是算符的本征值。 该函数称为算符的本征函数。该函数对应 的态称为本征态
定态Schrödinger方程例子
无限深势阱
V (x)
II
I
III
(2) 跃迁（transition）假设 原子在不同定态之间跃迁，吸收或发射能量。
频率规则
hv En Em
% En Em
c hc
Tn
En hc
En
h
h
Em 吸收 发射
(3) 角动量量子化假设
电子定态轨道角动量满足量子化条件：
mernvn nh n 1,2,3,4
非相对论近似
赖曼系
巴耳末系 帕邢系
n12 3
4
氢原子的玻尔轨道
氢原子的定态能量
En
1 2n2
e2
4π 0 a0
1 2n2
me 2c2
n 1, 2, 3, K
能量的量子化
原子物理知识点总结全
原子物理知识点总结全原子物理是研究原子的结构、性质和相互作用的科学领域。
在这里，我将总结一些重要的原子物理知识点。
1.原子结构：原子是由质子、中子和电子组成的。
质子和中子位于原子的核心，称为原子核，而电子则绕着原子核旋转。
2.元素和同位素：元素是由具有相同质子数的原子组成的，而同位素是具有相同质子数和不同中子数的原子。
同位素具有相似的化学性质，但质量不同。
3.原子序数和质量数：原子的序数是指原子核中的质子数。
原子的质量数是指原子核中质子和中子的总数。
原子序数决定了元素的化学性质，而质量数决定了同位素的质量。
4.量子力学：量子力学是描述微观粒子行为的理论。
根据量子力学，电子具有波粒二象性，并且其运动是不确定的。
5.薛定谔方程：薛定谔方程是量子力学的基本方程，描述了系统的波函数演化随时间的规律。
波函数包含了关于粒子位置和能量的信息。
6.能级：原子中的电子处于不同的能级。
每个能级对应着一定的能量。
电子可以通过吸收或释放能量来跃迁到不同的能级。
7.能级跃迁：当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放光子，产生光谱线。
这种现象被称为原子的能级跃迁。
8.原子吸收光谱和发射光谱：原子在吸收能量时会产生吸收光谱，而在释放能量时会产生发射光谱。
通过研究这些光谱线，可以了解原子的结构和能级。
9.布拉格反射：布拉格反射是一种光的衍射现象，用于测量晶体中原子的间距。
这个原理是X射线晶体衍射的基础。
10.量子力学中的不确定性原理：不确定性原理表明，无法同时精确测量粒子的位置和动量，或同时测量能量和时间。
这是因为测量的过程会改变粒子的状态。
11.原子核：原子核由质子和中子组成，它们通过强相互作用力相互吸引。
原子核中的质子带正电，而中子不带电。
12.核衰变：核衰变是指原子核不稳定，释放能量和粒子以变得更加稳定的过程。
常见的核衰变方式包括α衰变、β衰变和γ衰变。
13.核力与离子束：核力是原子核中质子和中子之间相互作用的力。
离子束是由带电原子核组成的粒子束。
原子物理_总结
n =1 n=+1
0 -1
n =2 n=+2
+1
n=+3
+2 +1
n=3
p
0 -1 -2
0 -1 -2 -3
轨道的方向量子化 角动量空间取向的量子化
史特恩—盖拉赫实验
N
银原子
S
无磁场
有磁场
1 2 1 f L S at 2 2 m v
2
2
1 dB L 1 dB L z cos 2m dZ v 2m dZ v
E T （n，n ) hc RZ 2 RZ 4 2 n 3 2 ( ) 4 n n n 4
RhcZ RhcZ n 3 E (n, n ) 2 ( )+... 4 n n n 4
2 4 2
说明：第一项是玻尔理论的结果，第二项起是相 对论效应的结果，与 n 有关。所以同一n的那些 轨道并不是简并的。
能量的表达式只和主量子数n相关，说明同一主量 子数对应的n种轨道运动的能量是相同的。这种情 况称为n重简并。但是后面我们会发现能量的表达 式是更加复杂的形式，同一n的那些状态并不简并。
相对论修正 椭圆轨道运动时电子的轨道不 是闭合的，而是连续的进动。
•
一个电子轨道的进动
索末菲按相对论力学原理推得：
现在我们要求在能级 2 和能级 1 之间，辐射大于吸收， 就必须使，也就是使原子数发生反转。再加上自发辐 射足够强的话，就可以自己触发受激发射，成为一个 强的辐射源，这就是一种激光器。 三能级法实现粒子数反转。
第四章 碱金属原子
§4.1 碱金属原子光谱
一、碱金属原子光谱的实验规律
原子物理学知识点总结
原子物理学知识点总结一、理论知识基础1。
离子化合物原子的结构是由原子核和电子组成，原子核又由质子和中子组成，而质子与中子又可以有不同的结合能状态，但其最稳定的结合方式是结合成带正电荷的原子核，所以质子与中子便有不同的能量状态，而根据原子的能级知识，高能级原子会向低能级原子转变，因此在实验室中经常观察到了同种元素的气态氢化物比其固态氢化物稳定。
除此之外，原子的能级状态还与其带电的状态有关。
如上述气态氢化物因为同种元素的原子核带同种电荷，因此它们的结合能最大，所以也就更加稳定。
而根据电荷守恒，气态非金属元素的阳离子由于失去一个电子，所以其结合能比其阴离子小，因此更加稳定。
2。
共价化合物 2。
共价化合物1。
配位化合物配位化合物是含有共用电子对的分子。
其实质是在形成配位键时，电子云必须重新排布。
两种元素的原子只有各自得到两个电子才形成稳定的配位键，因此元素原子的核电荷数等于零，它们的原子彼此形成的是共价键。
2。
配位多面体（ NaFeCl3， Cl2）配位多面体指的是元素间形成配位键时，有四个原子与另一元素形成四个共价键的情况。
配位多面体是平面正方形的对角线围城的封闭区域，该区域具有平行于对角线的一组相互垂直的平面，因此每条边长为1， 3。
1。
钠原子Na的结合能比较低，与水作用放出大量的热，水的结合能比钠的低，放出的热也少，反应速度很快，这说明钠原子只能和活泼金属反应，那么钠原子能否与活泼金属钠和碱反应呢？从微观角度来看，一般认为钠原子具有8电子，和氯原子的外层电子差不多，但钠原子比氯原子小，所以钠原子的能级与氯原子相近，故钠原子也只能与活泼金属反应。
2。
锂原子Li与活泼金属反应的时候能放出大量的热，这些热是由Li原子内层2电子与2个原子核形成共价键的热运动放出的，可见锂原子内部能级比较高，所以锂原子也不容易与活泼金属反应。
2。
锂原子Li的结合能比钠原子小，所以Li能与活泼金属锂发生置换反应， 2Li+3H2O=LiCl2+2H2↑，或者2Li+Li2O2=Li2CO3+2H2↑。
原子物理学知识要点总结
一．氢原子光谱的线系
巴尔末线系：
v
1
4 B
1 22
1 n2
RH
1 22
1 n2
n 3, 4, 5,
RH 1.0967758107 m1 氢原子的Rydberg常数
（远紫外）赖曼系：
v
RH
1 12
1 n2
n 2,3, 4
（红外三个线系）
例： 3 2 P3/ 2 表示： n 3, 1, j 3/ 2 的原子态，多重度：2
Li原子能级图（考虑精细结构，不包括相对论修正）
单电子辐射跃迁选择定则
1、选择定则 单电子辐射跃迁（吸收或发射光子）只能在下列条件下发生:
l 1 j 0, 1
2、碱金属光谱的解释
主线系
2P1/2 2P3/2
l0
碱金属原子态符号： n 2s1Lj
n : 价电子的主量子数
L : 价电子的轨道角动量，用大写 S, P, D, F,G... 表
示 0,1,2,3,4...
j :电子的总角动量。
2s 1: 自旋多重度，表示原子态的多重数。对碱原子 2s 1 2
S 态虽然是单层（重）能级，仍表示为：2S
5 4 10000
3 20000
p =1
5 4
3
2 30000
d =2
5 4 3
f
=3
5 4
柏 格 曼 系
40000 2
厘米-1
锂原子能级图
H 7 56 4 3
2
锂的四个线系
主 线 系： 第二辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系：
高中物理 原子物理知识总结 新人教版选修3
高中物理 原子物理知识总结 新人教版选修3一、原子模型1.汤姆生模型（枣糕模型）汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。
2.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。
这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。
由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。
3.玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数。
） ⑴玻尔的三条假设（量子化）①轨道量子化r n =n 2r 1 r 1=0.53×10-10m ②能量量子化：21nE E n E 1=-13.6eV③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量h ν=E m -E n⑵从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。
原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。
（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV 的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。
⑶玻尔理论的局限性。
由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。
但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。
4.光谱和光谱分析⑴炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱。
⑵稀薄气体发光形成线状谱（又叫明线光谱、原子光谱）。
根据玻尔理论，不同原子的结构不同，能级不同，可能辐射的光子就有不同n E /eV∞ 0 -13.6-3.44 -0.85的波长。
原子物理学知识点总结
原子物理学知识点总结原子物理学是研究原子结构和性质的一门物理学科，它是现代物理学的分支之一。
原子理论自古希腊时代就已经存在，但直到19世纪末到20世纪初，人们才开始对原子的结构和性质有了深入的了解。
本文将介绍原子物理学的基本知识点，包括原子的结构、原子核、原子的性质以及原子与分子之间的相互作用等内容。
1. 原子的结构原子是一切物质的基本单位，它主要由电子、质子和中子组成。
根据基本粒子理论，电子、质子和中子是构成原子的基本粒子。
电子是带负电荷的粒子，质子是带正电荷的粒子，中子是不带电的粒子。
在原子结构模型中，质子和中子集中在原子核中，而电子则绕核轨道运动。
根据量子力学理论，电子在轨道上的运动是离散的，即只能位于某些特定的能级上。
这些能级被称为电子壳层，不同的电子壳层对应不同的能量。
2. 原子核原子核是原子的中心部分，它由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
质子和中子是由夸克组成的，它们之间通过强相互作用相互吸引。
在原子核中，质子带正电，中子不带电，它们通过强相互作用相互结合在一起。
原子核的直径通常在10^-15米的数量级上，而原子的直径通常在10^-10米的数量级上，原子核的大小远远小于原子的大小。
3. 原子的性质原子的性质主要包括原子的质量、原子的电荷、原子的半径、原子的稳定性等。
原子的质量主要取决于原子核中质子和中子的质量，而电子的质量可以忽略不计。
原子的电荷等于质子数减去电子数，因此原子的电荷通常为正数或负数。
原子的半径通常用原子量子半径或科学常数玻尔半径来描述。
原子的稳定性与原子核的内部结构有关，对于较轻的原子来说，稳定的原子核通常满足质子数和中子数之比在1:1附近，而对于较重的原子来说，稳定的原子核通常含有更多的中子以保持稳定。
4. 原子与分子之间的相互作用原子与分子之间的相互作用是原子物理学研究的另一个重要内容。
原子和分子之间存在分子间力，包括范德华力、静电吸引力、静电斥力等。
范德华力是由于分子极化而产生的吸引力，静电吸引力是由于正负电荷之间的相互作用而产生的吸引力，静电斥力则是由于同性电荷之间的相互作用而产生的斥力。
《原子物理学总结》课件
基本粒子
1
质子、中子、电子
探索了质子、中子和电子的性质，包括
其他粒子
2
电荷、质量和作用。
介绍了其他与原子相互作用的基本粒子， 如光子、中微子等。
原子核结构
核子结构
揭示了原子核的内部结构，包括 质子和中子的排列方式。
质子和中子的区别
核反应
对比了质子和中子的性质和功能， 以及它们在原子核中的地位。
讨论了核反应的过程，以及其在 核能产业和医学影像学中的应用。
医学影像学
介绍了原子物理学在医学影 像学中的应用，如X射理学的核 能技术在能源和医学领域的 重要性。
结论
1 原子物理学的重要性
总结了原子物理学在科学研究和应用领域所 扮演的关键角色。
2 未来发展趋势
展望了原子物理学领域的未来发展，以及对 人类社会的潜在影响。
原子光谱学
1 原子光谱
研究原子在光谱中的频率 和能量变化，探索了光的 发射和吸收。
2 量子力学
解释了原子光谱背后的量 子力学原理，引入了波粒 二象性和波函数概念。
3 能级图解析
分析了原子能级图的结构 和解读方法，为光谱分析 提供了理论基础。
应用
建筑材料
探讨了利用原子物理学的知 识开发新材料和改进建筑技 术的潜力。
《原子物理学总结》PPT 课件
原子物理学是研究原子及其构成要素的科学，本课件将总结原子模型、基本 粒子、原子核结构、原子光谱学等内容，展示原子物理学的重要性与应用。
概述
原子模型
探讨原子的结构和特征，介绍玻尔模型和多电子原子的研究进展。
基本粒子
介绍质子、中子、电子等基本粒子，并介绍其他具有重要作用的粒子。
原子核结构
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E
(ih
t
)
drv
本征方程、本征函数与本征值
若用一个算符作用在函数上等于一个数值 乘以该函数本身，则这个方程称作该算符 的本征方程，这个数就是算符的本征值。 该函数称为算符的本征函数。该函数对应 的态称为本征态
定态Schrödinger方程例子
无限深势阱
V (x)
II
I
III
1 2 态叠加原理
I
|
|2
(
1
2
)(
1
2)
|1 |2 | 2 |2 1 2 21
干涉项
1
2
21
干涉实际上是电子的两个态之间的干涉
Schrödinger方程
处于势场V中的粒子
ih (rv,t) [ h2 2 V (rv,t)] (rv,t)
动能算符：Eˆk
Tˆ
h2 2 2m
位矢算符：rˆ rv
只与坐标有关的势能算符：Vˆ V (rv)
能量（哈密顿量）算符：Hˆ h2 2 V (rv) 2m
角动量算符
L
r
p
Lˆ rˆ (i)
在直角坐标系中
Lˆx
ypx
zpy
ih( y
z
波函数的统计解释
Born的统计解释 微观体系的波粒二象性，可以用统计的观点理解 • 用波的表达式描述粒子的行为 • 波的强度或复振幅，反映的是粒子在时刻t、空
间点P处出现、或被发现的几率或几率幅 • 复振幅就是几率波幅 • 则经典意义下的描述波动的函数或复振幅就成了
量子意义下描述粒子分布几率的函数—波函数 • 这是波动性的物理含义
z
) y
Lˆy
zpx
xpy
ih(z
x
x
) z
Lˆz
xpy
ypx
ih(x
y
y
) x
力学量的平均值
如果在坐标表象下，物理量A的算符为 Aˆ
力学量A的平均值：A Aˆ drv
T ( h2 2 ) drv
2m
E ( h2 2 V (r)) drv Hˆ drv
（1）电磁辐射由以光速c 运动的局限 于空间某一小范围的光量子（光子
）组成，每一个光量子的能量 与 辐射频率 的关系为 = h（其中h
是普朗克常数）。
（2）光量子具有“整体性”，一个光 子只能整个地被电子吸收或放出。
Albert Einstein
1879~1955 1905年用光量 子假说解释光 电效应
康普顿效应
0 450
900
135 0
X射线在石墨上的散射
1、散射光中谱线0，0
2、散射波长的改变量随 散射角增加而增加。在同一 散射角下 相同 , 与散射物 质和入射光波长无关。
0
h mec
(1
cos
)
c
h mec
o
0.024261 A
2
一般用能级图表示原子 量子化的能量值。 在能级图上用一条横线 一个能级
能级（energy level）
1
n ，自由电子，相应的势能为零 基 态的能 量为 -13.6ev， 所 以将一 个基 态电子 电离 至少需 要 13.6ev的能量（电离能）
一个自由电子与原子核 结合为一个基态氢原子时，至少释放 13.6ev的能量（氢原子的结合能）
关于小角散射
的问题
0,d
氢原子光谱
1885年Balmer对已观察到的14条谱线，给出：
(Å )
H 6562.8 H 4861.3 H 4340.5 H 4101.7 H 3970.1 MM H 3645.6
Balmer经验公式
B
n2 n2
4
n 3, 4, 5, K
(n)2 me
Ze2
4 0rn2
mev2 rn
mev2rn
Ze2
4 0
H 原子Z 1
r
4
2
0
n2
n m e2 Z
e
电子轨道
a0
4π0h2
mee2
0.53 Å
玻尔半径
e2 1 精细结构常数 4π0hc 137
rn n2a0
vn
c
n
n 1, 2, 3, K
几率密度（电子被发现的几率分布）
z
*代表几率随的分布
2 sin代表几率随的分布
非相对论近似
赖曼系
巴耳末系 帕邢系
n12 3
4
氢原子的玻尔轨道
氢原子的定态能量
En
1 2n2
e2
4π 0 a0
1 2n2
me 2c2
n 1, 2, 3, K
能量的量子化
n 1 E1 13.6 eV r1 a0 能量最低: 基态（ground state）
n
n 2 激发态（excited state） 3
4π 0 r
E
1 2
mev2
(
Ze2
4π 0 r
)
1 2
Ze2
4π 0 r
•原子的大小不能确定
•原子稳定性困难 电子加速运动辐射电磁波，能量不断损失，电子回转半径 不断减小，最后落入核内，原子塌缩。
光谱分立性困难 电子绕核运动频率
v e
2πr 2π
1
4π 0 me r 3
电磁波频率等于电子回转频率，发射光谱为连续谱。
2．玻尔模型（1913年）
背景：能量子和光子假设、核式模型、原子线光谱
(1) 定态（stationary state）假 设
电子只能在一系列分立的轨道上绕核运动，且不辐射电 磁波，能量稳定。
电子轨道和能量分立（能级）
En
1 2
e2
4π0rn
n 1, 2, 3, K
3、散射光中0的谱线强度 随增加而减弱，随原子量
增加而增强； 相反。
波粒二象性
德布罗意物质波
1924年，de Broglie将Einstein的光 量子概念推广，提出了物质波的概 念
所有的粒子都具有波动性
所有的波都具有粒子性
E hBiblioteka hpPrince Louis-victor de Broglie 1892-1987
单电子原子
nlm (r, ,) Rnl (r)lm ( )m ()
n，l，m是量子数，为本征态的标志
m 0, 1, 2,L
l为0或正整数 对于每一个l，m l, l 1,L , 1,0,1,L l 1,l
n为正整数 1, 2,3L , 且对于每一个n,l 0,1, 2L n 1
Rydberg常数
En
2 2mee4 (4 0 )2 h2
1 n2
~ En Em
hc
2 2mee4 (4 0 )2 h3c
1 ( m2
1 n2
)
与Rydberg方程联系起来，可以得到Rydberg常数
R
2π2mee4
4π0 2 h3c
1 RM R 1 me / M
2
Rutherford公式
dn d
sin 4
2
1
4
0
2
Nnt
Ze2 mv02
2
1、在同一粒子源和同一散射物：dn d 1 sin4
2、相同散射角：dn d t
2
3、同一散射物，相同散射角： dn d E2
4、同一源、散射角，相同N t，不同靶材：dn d Z 2
(2) 跃迁（transition）假设 原子在不同定态之间跃迁，吸收或发射能量。
频率规则
hv En Em
% En Em
c hc
Tn
En hc
En
h
h
Em 吸收 发射
(3) 角动量量子化假设
电子定态轨道角动量满足量子化条件：
mernvn nh n 1,2,3,4
B 3645.6 Å
n 3 B线系中波长最长的谱线H线 n 该线系中短波长的极限值，线系限
1896年，对于氢原子的Rydberg公式
%
1
RH
1 m2
1 n2
m 1, 2, 3, K n m 1, 2, 3, K
RH 1.0967758107 m1
t
2m
定态Schrödinger方程
[ h2 2 V (rv)] (rv) E (rv)
2m
•处于定态的粒子的总能量是不随时间变化的
•状态的几率密度只取决于(r)，即只和位置坐标有 关而与时间有关，这说明粒子出现在空间的几率密 度分布不随时间变化
坐标表象下力学量的算符
动量算符：pvˆ ih
(0 x a)
Ceik1x (x a)
粒子从I区经过势垒进入III区，称作势垒贯穿或隧道效应
计算表明
为势垒宽度
测不准关系(不确定关系)
• 经典粒子：可以同时有确定的 位置、速度、动量、能量……
• 波粒二象性：不可能同时具有 确定的位置和动量。