原子物理专题复习
原子物理复习资料
原子物理复习资料一、原子的结构原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的。
原子核带正电荷，电子带负电荷，它们之间的静电引力使得电子围绕原子核做高速运动。
原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
原子的质子数决定了它的元素种类，而质子数和中子数共同决定了原子的质量数。
电子在原子核外分层排布，离核越近的电子能量越低，越稳定；离核越远的电子能量越高，越不稳定。
二、原子的能级和跃迁原子中的电子只能处于一系列不连续的能量状态，这些能量状态称为能级。
处于基态的原子是最稳定的，当原子吸收一定能量的光子或与其他粒子发生碰撞时，电子会从低能级跃迁到高能级；反之，电子会从高能级跃迁到低能级，同时释放出光子。
跃迁过程中吸收或释放的光子能量等于两个能级的能量差，即＄h\nu ＝ E_{m} E_{n}＄，其中＄h$ 是普朗克常量，＄＼nu$ 是光子的频率，＄E_{m}＄和＄E_{n}＄分别是高能级和低能级的能量。
三、氢原子的能级结构对于氢原子，其能级公式为＄E_{n} ＝＼frac{136}｛n^2} ＼text{eV}＄，其中＄n$ 是量子数，＄n ＝ 1, 2, 3, ＼cdots$。
当＄n ＝ 1$ 时，对应的能级为基态，能量为＄－136 ＼text{eV}＄；当＄n ＝ 2$ 时，对应的能级为第一激发态，能量为＄－34 ＼text{eV}＄；以此类推。
氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以发出一系列不同频率的光子，形成线状光谱。
四、光电效应当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量，如果吸收的能量足够大，电子就能从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
光电效应的实验规律：1、存在饱和电流，光电流的强度与入射光的强度成正比。
2、存在遏止电压，与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。
3、存在截止频率（红限），当入射光的频率低于截止频率时，无论光强多大，都不会产生光电效应。
爱因斯坦提出了光子说，成功解释了光电效应。
原子物理学总复习
段正路
2014年
1
第一章 原子的基本状况
重点： 1，原子的核式结构 2，α粒子散射实验的意义
2
1、卢瑟福的原子核式模型
原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中央一 个很小的体积内，称为原子核。原子中的电子在核的周围 绕核运动。
2. α粒子的散射实验：
α粒子被静止核的库仑场散射的角度θ由下式决定
• Z：质子数 • A: 质量数
C4 0
20
a
原子核的角动量
P 核 LnSnLpSp
P核 I(I1)h
原子核的磁矩
I g
I(I1) he 2M
38
原子核的统计性：A为奇数的原子核属于费米子；A为偶 数的原子核属于玻色子。
原子核的结合能
E [Z m p (A Z )m n m 核 ]C 2 或 E [Z m H (A Z )m n m 原 子 ]C 2
r rr 总角动量 JLS JLS,LS 1 ,......,LS
L LS耦合下的原子态符号表示:
2S 1
s=0，单重态
J s=1，三重态
能级排布规则
洪特定则 朗德间隔定则
17
j-j 耦合
rjrj21 rrll12srsr12 rr r Jj1j2
j1 l1 s 1 ,l1 s 1 1 ,....,l1 s 1 j2 l2 s 2 ,l2 s 2 1 ,....,l2 s 2 Jj1j2,j1j2 1 ,....,j1j2
% 1R (m 12n 1 2)Tm Tn
R — 里德堡常数；T(m) —光谱项。
光谱线系 m = 1，n = 2、3、4…，赖曼系（紫外） m = 2，n = 3、4、5…，巴尔末系（可见光） m = 3，n = 4、5、6…，帕邢系（红外） m = 4，n = 5、6、7…，布喇开系（远红外）
褚圣麟版《原子物理》期末复习
设有一薄膜，面积为A，厚度为ｔ，单位体积内的原子数为N
， 则被散射到dΩ内的粒子数dn占总入射粒子n的百分比，也 即是粒子被散射到dΩ内的几率：
dndNtd
nA
3
1
4. 库仑散射理论
（1）库仑散射公式：
Z1
b a ctg
22
其中 a Z1Z2e2
4 0EK
EK
1 Mv2 2
带电粒子的库仑散射
成立的假设条件：1）只发生单次散射；2）只有库仑相 互作用；3）核外电子的作用忽略不计；4）靶核静止不 动。
2
（2）卢瑟福散射公式
d(410)2(M Z22 e)v2sdi 4n2
2、电子自旋
电子自旋运动的量子化角动量为
ps s(s1) pszms12
自旋量s子 1数 2
所以 ms 12
9
第五章 多电子原子
1、氦原子光谱和能级 掌握氦原子光谱和能级的特点。（p145）
2、两个电子的耦合 （1）电子组态 n1l1n2l2------
L-S耦合： (s1s2…)(l1l2…)=(SL)＝Ｊ
8
第四章 碱金属原子与电子自旋
1、碱金属原子光谱和能级
（1）四组谱线-------主线系（nP-2S）,第二辅线系（nS2P）第一辅线系：（nD-2P）,柏格曼系(nF-3D） （2）三个终端------（2S,2P,3D） （3）两个量子数---------n，l （4）一条跃迁选择定则Δl=±1.
2. 掌握原子核的放射性衰变规律及衰变常数，半衰期等概 念。
原子物理高考复习共29页文档
5、核力及核能 ①原子核由质子和中子组成。质子和中子统称为核子。质 子数相同，中子数不同的元素互称为同位素。核子之间的 相互作用力叫核力。核力是很强的短距离作用力。 ②核子在结合成原子核时释放出来的能量叫做原子核的结 合能。同样，原子核在分解为核子时也 要吸收能量，其 数值等于它的结合能。
③质量亏损：反应前原子核的总质量与反应后原子核的总 质量之差。
Ａ. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个 很小的核上。
B. 正电荷在原子中是均匀分布的。 C. 原子中存在带负电的电子 D. 原子只能处在一系列不连续的能量状态中
答案A
例2. 关于原子的核式结构学说，下列说法不 正确的是（ ）
Ａ. 原子中大部分是空的，原子核很小。 B. 电子在核外绕原子核旋转，向心力是库 仑力。 C. 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集 中在原子核里。 D. 原子核的半径大约是10-10m
放出光子
高能级
低能级
吸收能量
例题1、如图给出氢原子最低的四个能级，大量氢
原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最
多有＿6＿种，其中最小的频率等于＿1.＿6×＿1＿01＿4 赫
（保留两个数字）。h=6.63×10–34J·S
n
E（ev）
4 3
－0.85 －1.51
2
－3.4
1
－13.5
例题2
用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原
答案CD
例2. 23290Th （钍）经过一系列α 和β 衰变, 变 成20882Pb ，下列说法正确的是（ ）
A. 铅核比钍核少8个质子 B. 铅核比钍核少16个中子 C. 共经历了4次α衰变和6次β衰变 D. 共经历了6次α衰变和4次β衰变
原子核物理复习资料归纳整理
原子核物理复习资料归纳整理名词解释1、核的自旋：原子核的角动量，通常称为核的自旋。
2、衰变常量：衰变常量是在单位时间内每个原子核的衰变概率。
3、半衰期：半衰期是放射性原子核数衰减到原来数目的一半所需的时间。
4、平均寿命：平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间。
5、放射性活度：在单位时间内有多少核发生衰变，亦即放射性核素的衰变率，叫衰变率。
6、放射性：原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。
7、放射性核素：能自发的放射各种射线的核素称为放射性核素，也叫做不稳定核素。
8、核衰变：原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β 等粒子而发生的转变。
9、衰变能：原子核衰变时所放出的能量。
10、核素：具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核，称为一种核素。
11、同位素：质子数相同，中子数不同的核素。
12、同中子素：中子数相同，质子数不同的核。
13、同量异位素：质量数相同，质子数不同的核素14、同核异能素：质量数和质子数相同而能量状态不同的核素。
15、镜像核：质子数和中子数呼唤的一对原子核。
16、质量亏损：组成某一原子核的核子质量与该原子核质量之差。
17、核的结合能：自由核子组成原子核所释放的能量。
18、比结合能：原子核平均每个核子的结合能。
19、最后一个核子的结合能：是一个自由核子与核的其余部分组成原子核时，所释放的能量。
20、内转换现象：跃迁时可以把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。
21、内转换现象：原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁时把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。
22、内转换电子：内转换过程中放出来的电子。
（如果单出这个就先写出内转换现象的定义）23、内电子对效应：24、级联γ辐射的角关联：原子核接连的放出的两个γ光子，若其概率与这两个γ光子发射方向的夹角有关，即夹角改变时，概率也变化，这种现象称为级联γ辐射角关联，亦称γ-γ角关联。
25、穆斯堡尔效应：原子核辐射的无反冲共振吸收。
原子物理复习
1.同位素：一些元素在元素周期表中处于同一地位，有相同原子序数，这些元素别称为同位素。
2.类氢离子：原子核外只有一个电子的离子，这类离子与氢原子类似，叫类氢离子。
3.电离电势：把电子在电场中加速，如使它与原子碰撞刚足以使原子电离，则加速时跨过的电势差称为电离电势。
4.激发电势：将初速很小的自由电子通过电场加速后与处于基态的某种原子进行碰撞，当电场电压升到一定值时，发生非弹性碰撞，加速电子的动能转变成原子内部的运动能量，使原子从基态激发到第一激发态，电场这一定值的电压称为该种原子的第一激发电势5.原子空间取向量子化：在磁场或电场中原子的电子轨道只能取一定的几个方向，不能任意取向，一般的说，在磁场或电场中，原子的角动量的取向也是量子化的。
6.原子实极化：当价电子在它外边运动时，好像是处在一个单位正电荷的库伦场中，当由于价电子的电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心会发生微小的相对位移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子，这就是原子实的极化。
7.轨道贯穿：当电子处在原子实外边那部分轨道时，原子实对它的有效电荷数Z是1，当电子处在穿入原子实那部分轨道时，对它起作用的有效电荷数Z就要大于1。
8.有效电荷数：9.电子自旋：电子既有某种方式的转动而电子是带负电的，因而它也具有磁矩，这个磁矩的方向同上述角动量的方向相反。
从电子的观点，带正电的原子实是绕着电子运动的，电子会感受到一个磁场的存在，电子既感受到这个磁场，它的自旋取向就要量子化。
（电子内禀运动或电子内禀运动量子数的简称）10.磁矩：11.旋磁比：粒子磁动量和角动量的比值。
12.拉莫尔进动：是指电子、原子核和原子的磁矩在外部磁场作用下的进动。
13.拉莫尔频率：f=4ππmveB ，式中e 和m 分别为电子的电荷和质量，μ为导磁率，v 为电子的速度。
该频率被称为拉莫尔频率14.朗德g 因子： 磁矩j p me 2g j =μ 对于单个电子：)1(2)1()1()1(1++++-++=j j s s l l j j g 对于LS 耦合：式子中的L ，S ，J 是各电子耦合后的数值15.塞曼效应：当光源放在足够强的磁场中，所发出光谱的谱线会分裂成几条，而且每条谱线的光是偏振的。
原子物理总复习
E = En,l + El ,s
En , l R = − hc 2 (n − ∆ l )
2 *4
Rhcα Z j ( j + 1) − l (l + 1) − s(s + 1) El ,s = 1 2 3 n l (l + )(l + 1) 2
5、碱金属原子态符号 、
n
2
2s+1
L
j
j=l+1/2 l j=l-1/2 l
锂原子能级图
光谱符号
主 线 系： 第二辅线系： 第二辅线系： 第一辅线系： 第一辅线系： 柏格曼系： 柏格曼系：
~ =2S − nP ν
~ = 2P − nS ν ~ = − nD ν
~ = 3D − nF ν
n = 2, 3, 4… n =3,4,5… n =3,4,5… n =4,5,6…
第一章
掌握α 1、掌握α离子散射实验现象和意义 现象：以小角散射为主，也存在大角散射。 现象：以小角散射为主，也存在大角散射。 意义： 意义：导致原子核式模型的提出 几个公式： 2、几个公式：
公式的物理意义：被每个原子散射到 公式的物理意义： 每个原子散射到 θ∼θ+d 之间的空心立体角d 内的α粒子， +dθ θ∼θ+dθ之间的空心立体角dΩ内的α粒子， 必定打在b db之间的 之间的d 必定打在b∼b-db之间的dσ这个环形带上 。
2
n r = rn = a1 Z
3、玻尔三个假设
定态假设 频率条件 角动量量子化
4、类氢离子能级和轨道半径公式
Z E n = E1 ⋅ 2 n
2
n r = rn = a1 Z
2
原子物理复习
7.试证明氢原子稳定轨道的长度正好等于电 试证明氢原子稳定轨道的长度正好等于电 子的德布罗意波长的整数倍. 子的德布罗意波长的整数倍 设电子在量子数为n,半径为r 证:设电子在量子数为 ,半径为 n的稳定轨 道上运动, 道上运动,运动速率为υn.则根据玻尔的角 动量假设(或量子化条件 有 动量假设 或量子化条件)有 或量子化条件 me rn v n = nh ( n =1,2,……) , , 则 而
6
玻尔理论的根本弱点 把微观粒子看作是一经典粒子, 把微观粒子看作是一经典粒子,未能完全脱 离经典理论的影响, 离经典理论的影响,仍采用经典理论的思想和 处理方法,它是经典理论加量子条件的混合物 处理方法, ,它虽指出了经典理论不适用描述原子内部电 子的运动, 子的运动,但在研究电子运动时却又采用经典 力学概念如坐标,速度,轨道等概念. 力学概念如坐标,速度,轨道等概念.故玻尔 理论缺乏逻辑性, 理论缺乏逻辑性,它的弱点就在其理论结构本 身.
3
2.夫兰克 夫兰克——赫兹实验是如何进行的,结果如 赫兹实验是如何进行的, 夫兰克 赫兹实验是如何进行的 什么叫共振激发电势?什么叫电离势 何?什么叫共振激发电势 什么叫电离势 什么叫共振激发电势 什么叫电离势? 夫兰克——赫兹实验是用电子碰撞原子 赫兹实验是用电子碰撞原子 答:夫兰克 赫兹实验是 的方法,使原子从低能级跃迁到高能级, 的方法,使原子从低能级跃迁到高能级,从而 证实了原子能级的存在. 证实了原子能级的存在. 当电子与原子进行碰撞,能量交换, 当电子与原子进行碰撞,能量交换,如果 原子的能量状态不是连续分布的, 原子的能量状态不是连续分布的,那么它们相 互交换的能量也不连续, 互交换的能量也不连续,因此实验可直接观测 到电子能量变化不连续的现象. 到电子能量变化不连续的现象. 共振激发电势是指把基态原子激发态到第一激 共振激发电势是指把基态原子激发态到第一激 发时所需的电压,对于汞为4.9伏 发时所需的电压,对于汞为 伏. 电离电势是把基态 是把基态(n= , 电离电势是把基态 =1),原子的核外电子激 发为自由电子时所需的电压. 发为自由电子时所需的电压.
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2012-11-7
1．(2011·山东高考·38)(1)碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天．
①碘131核的衰变方程：I
131
53→________(衰变后的元素用X 表示)．
②经过____天有75%的碘131核发生了衰变． 解： 2、如图所示，光滑水平面上A 、B 两小球沿同一方向运动，A 球的动量p A ＝4 kg·m/s，B 球的质量m B ＝1 kg ，速度v B ＝6 m/s ，已知两球相碰后，A 球的动量减为原来的一半，方向与原方向一致．求碰撞后B 球的速度大小。
2012-11-8
1（2012·福建理综）关于近代物理，下列说法正确的是________。
（填选项前的字母） A ．α射线是高速运动的氦原子 B ．.核聚变反应方程2
1H+31H →42He+10n ，1
0n 表示质子
C ．.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D ．.
玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氦原子光谱的特征
2如图3所示，在水平光滑直导轨上，静止着三个质量均为m ＝1 kg 的相同小球A 、B 、C ，现让A 球以v 0
＝2 m/s 的速度向着B 球运动，A 、B 两球碰撞后黏合在一起不再分开．两球继续向右运动并跟C 球碰撞，C 球的最终速度v C ＝1 m/s ． 求：（1）A 、B 两球跟C 球相碰前的共同速度多大？ (2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能？（选做）
2012-11-11 1、一群处于基态的氢原子吸收某种单色光子后，向外辐射了ν1，ν2
， ν3三种频率的光子，ν3＞ν2＞ν1且ν3＝ν1＋ν2，则 ( )
A ．被氢原子吸收的光子能量为hν3
B ．被氢原子吸收的光子能量为hν2
C ．被氢原子吸收的光子能量为hν1
D ．被氢原子吸收的光子能量为h (ν1＋ν2)
2、质量为1.5 kg 的物体，以4 m/s 的初速度竖直上抛，不 计空气阻力，求物体抛出时和落回抛出点时的动量及这段时间内动量的变化量。
2012-11-12
1、镭 Ra 的原子核具有放射性，释放出一个粒子后衰变为 Rn ，半衰期为1 620年． Ra
的衰变方程为___ _____ ，10 g Ra 经3 240年还剩____g 没衰变． Ra 原子核的质量为m 0， Rn 原子核的质量为m 1，释放出的粒子质量为m 2，衰变过程放出的能量为ΔE ＝____．
2、如图4所示，质量分别为m 1和m 2的两个小球在光滑的水平面上分别以速度v 1、v 2同向运动并发生对心碰撞，碰后m 2被右侧的墙原速率弹回，又与m 1相碰，碰后两球都静止．求第一次碰后m 1球的速度大小．
解：
22688
22688
22688
22688226
88
226
解
(1)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：
1．89 eV、10.2 eV、12.09 eV．跃迁发生前这些原子分布在__________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是______eV(基态能量为－13.6 eV)．
解：
2、如图所示，甲、乙两个小孩各乘一辆冰车在光滑水平冰面上游戏，甲和他的冰车总质量共为M＝30 kg，
乙和他的冰车总质量也是30 kg，游戏时甲推着一个质量m＝15 kg的箱子和他一起以大小为v0＝2 m/s 的速度滑行，乙以同样大小的速度迎面滑来，为了避免相撞，甲突然将箱子沿冰面推给乙，箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住，若不计冰面的摩擦，问甲至少要以多大的速度(相对地面)将箱子推出，才能避免与乙相撞．
2012-11-16
1、关于天然放射现象，下列说法正确的是（）
A. α射线是由氦原子核衰变产生
B. β射线是由原子核外电子电离产生
C. γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
D. 通过化学反应不能改变物质的放射性
2、如图1－1－8所示，光滑水平面上有质量均为m的物块A和B，B上固定一轻弹簧．B静止，A以速度v0水平向右运动，通过弹簧与B发生作用．作用过程中，弹簧获得的最大弹性势能E p为？
1、关于近代物理，下列说法正确的是________。
（填选项前的字母） A．α射线是高速运动的氦原子
B．.核聚变反应方程2
1H+3
1
H→4
2
He+1
n，1
n表示质子
C．.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D．.玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氦原子光谱的特征
解：
2、如图所示，光滑水平的地面上静置一质量为M的又足够长的木板A，在木板的A的左端有一质量为m的
小物体B，它的初速度为v0，与木板的动摩擦因素为μ.求小物体B在木板A上相对滑动的时间t.
2012-11-19
1、能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（）
A.H+H→4
2He+1
n是核聚变反应 B. 3
1
H+2
1
H→4
2
He+1
n是β衰变
C. 235
92U+1
n →144
56
Ba+89
36
Kr+31
n是核裂变反应 D．235
92
U+1
n →140
54
Xe+94
38
Sr+21
n是α衰变
解：
2、如图 6－1－8 所示，固定在地面上的光滑圆弧面与车C 的上表面平滑相接，在圆弧面上有一个滑块A，其质量为mA＝2 kg，在距车的水平面高h＝1.25 m 处由静止下滑，车C 的质量为mC＝6 kg，在车C 的左端有一个质量mB＝2 kg 的滑块B，滑块A 与B 均可看做质点，滑块A 与B 碰撞后粘合一起共同运动，最终没有从车C 上滑出，已知滑块A 和B 与车C 的动摩擦因数均为μ＝0.5，车C 与水平地面的摩擦忽略不计．g 取 10m/s2.求：(1)滑块A 滑到圆弧面末端时的速度大小
(2)滑块A 与B 碰撞后瞬间的共同速度的大小．
(3)车C 的最短长度．（选做）
1、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。
已知质子、中子、氘核的质量分别为
m 1、m 2、m 3,普朗克常量为h ,真空中的光速为c 。
下列说法正确的是
A ．核反应方程是H+nH+γ
B ．聚变反应中的质量亏损m m ∆=1+m 2-m 1
C ．辐射出的γ光子的能量E=(m 3-m 1-m 2)c
D ．γ光子的波长2
123()h
m m m c λ=
+-
2、如图所示，质量分别为m A =0.5 kg 、m B =0.4 kg 的长板紧挨在一起静止在光滑的水平面上，质量为C =0.1 kg 的木块C 以初速v C 0=10 m/s 滑上A 板左端，最后C 木块和B 板相对静止时的共同速度v CB =1.5 m/s.求：
（1）A 板最后的速度v A ；
（2）C 木块刚离开A 板时的速度v C .
2012-11-23
1、如下图所示，光滑水平轨道上有三个木块A 、B 、C ，质量分别为m A ＝m C ＝2m ，m B ＝m ，A 、B 用细绳连接，中间有一压缩的弹簧(弹簧与滑块不拴接)．开始时A 、B 以共同速度v 0运动，C 静止．某时刻细绳突然断开，A 、B 被弹开，然后B 又与C 发生碰撞并粘在一起，最终三滑块速度恰好相同．求B 与C 碰撞前B 的速度．
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解：。