原子物理学2008A卷答案

2007—2008学年第二学期《原子物理学》期末试卷评分标准及标准答案

专业班级

姓名

学号

开课系室应用物理系

考试日期2008年6月14日7：30-9：30

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)

（部分正确的，酌情得分0.5分）

1. 十九世纪末的三大发现 X 射线 、 放射性 、 电子 ，揭开了近代物理学的序幕。

2. 原子质量单位u 定义为 C 12原子质量的 1/12 或1g/N A 。

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 稳定性 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 定态 假设，同时，玻尔提出第二假设, 即 跃迁 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 对应原理 ，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 (分立的)量子化的，从而验证了玻尔理论。氢原子的电离能为 13.6eV ，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 10.2 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、 光电效应 、 康普顿效应 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1：1，动能(不考虑相对论效应)之比为1：1836 。

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 B B μμ6,2,0。（加负号的也算正确）

8. 考虑精细结构，形成锂原子(Li)第二辅线系(锐线系)谱线为双线结构，跃迁过程用原子态符号表示应为2/322/122P S →n ，

2/122/122P S →n 。(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

2, 总轨道角动量为

6 ， 总角动量为 2 ； 其总磁距在Z 方向上的投影Z μ的可能取值为

－μB /2、μB /2，0 。

10. 泡利不相容原理可表述为：在同一原子中不能有两个或两个以上的电子处于同一状态(或：在同一原子中不能有两个或两个以上的电子具有完全相同的n l m m l s

,,,（或j m j l n ,,,）四个量子数)，它只对 费米 子适用，而对 玻色 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 2 ；l n ,相同的最大电子(同科电子)数目是 4l +2 ； n 相同的最大电子数是 2n 2 。

11. X 射线管发射的谱线由连续谱和特征谱两部分构成，连续谱产生的机制是 轫致辐射（刹车辐射） ， 特征谱产生的机制 电子内壳层的跃迁 。

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 )

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？

( D )

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：

( C )

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。

4. 碱金属原子能级的双重结构是由于下面的原因产生：

( D )

A. 相对论效应；

B. 原子实极化；

C. 价电子的轨道贯穿；

D. 价电子的自旋与轨道角动量相互作用。 5. 下列粒子中不服从泡利不相容原理的是：

( B )

A. 质子；

B. 光子；

C. 中子；

D. 电子。

6. 下列原子态中，可能存在的原子态是哪个： ( B )

A.2/11P ；

B. 23D ；

C. 13F ；

D. 33P 。

7. 镁原子(Z=12)处于基态时，价电子的电子组态及基态原子态应是： ( C )

A. 2s2s 1

S 0；

B. 2s2p 3P 0；

C. 3s3s 1S 0； D . 3s3p 3P 0。

8. 在LS 耦合下，两个等价p 电子(同科p 电子)能形成的原子态是： ( C )

A. 1D ，3D ；

B. 1P ，1D ，3P ，3D ；

C. 1S ，3P ，1D ；

D. 1D ，3D ，1P ，3P ，1S ，3S 。

9. 基态原子态为5F 1和3D 2的中性原子束, 按斯特恩-盖拉赫方法, 通过极不均匀磁

场后各分裂成多少束? ( A ) A. 不分裂和5束； B. 不分裂和3束； C. 3束和5束； D. 11束和7束。 10. 用电压V 加速的高速电子与金属靶碰撞而产生X 射线，若电子的电量为 - e ，光

速为c ，普朗克常量为h ，则所产生的X 射线的短波限为： ( A ) A. hc /eV ； B. eV/2hc ； C. hc 2/eV ； D. 2hc /eV 。

常 数 表

普朗克常数 h = 4.136⨯10-15eV ⋅s 里德堡常数R ∞ = 1.097⨯107m -1= (91.16nm)-1 基本电荷 e = 1.602 ⨯ 10-19C 阿伏伽德罗常数N A = 6.022⨯1023mol -1 玻耳兹曼常数 k = 8.617⨯10-5eV ⋅K -1 1eV 折合温度为11600K 电子质量 m e = 0.511Mev/c 2 原子质量单位 u = 931MeV/c 2 玻尔磁子 μB = 5.788⨯10-5eV ⋅T -1

玻尔半径a 0 = 0.0529nm

复合常数：

1836

/124044.122===⋅=⋅=⋅=e p 0: 1/137c nm e V ; nm 197e V c )(4 nm e V m m e hc e 质子电子质量比精细结构常数可以不写 απε

在下面计算题目中，

/40可以不写分母部分涉及πε2e