16-11__原子的壳层结构
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）
第2章原子的结构和性质-习题与答案
第2章原子的结构和性质-习题与答案1. 在直角坐标系下，Li 2+ 的Schr ?dinger 方程为________________ 。
解：ψψE r εe m h =π-?π-20222438 式中：zy x ??+??+??=?2222222 r = ( x 2+ y 2+ z 2)1/2 2. 已知类氢离子 He +的某一状态波函数为：()022-023021e222241a r a r a ???? ?-???? ??π ( a ) 则此状态的能量为( b) 此状态的角动量的平方值为，( c )此状态角动量在 z 方向的分量为，( d )此状态的 n ， l ， m 值分别为，( e )此状态角度分布的节面数为。
( f )此状态最大概率密度处的 r 值为，( g )此状态最大概率密度处的径向分布函数值为，( h)此状态径向分布函数最大处的 r 值为解： (a) -13.6 eV; (b) 0; (c) 0; (d) 2,0,0;(e) 0; (f) 0; (g) 0 ; (h) 2.618 a 03. 在多电子原子中，单个电子的动能算符均为2228?π-mh 所以每个电子的动能都是相等的，对吗？解：不对4. 原子轨道是指原子中的单电子波函数，所以一个原子轨道只能容纳一个电子，对吗？解：不对5. 原子轨道是原子中的单电子波函数，每个原子轨道只能容纳______个电子。
解：26. H 原子的()φr,θψ,可以写作()()()φθr R ΦΘ,,三个函数的乘积，这三个函数分别由量子数 (a) ，(b)， (c) 来规定。
解： (a) n , l; (b) l , m ; (c) m7. 已知ψ= Y R ? = ΦΘ??R ，其中Y R ,,,ΦΘ皆已归一化，则下列式中哪些成立？---------------------------------（D ）(A)?∞=021d r ψ (B)?∞=021d r R (C)??∞=0π2021d d φθY (D)?=π021d sin θθΘ 8. 对氢原子Φ方程求解，(A) 可得复数解()φΦm A m i e x p =(B) 根据归一化条件数解1d ||202=?πφm Φ，可得A=(1/2π)1/2 (C) 根据m Φ函数的单值性，可确定│m │= 0，1，2，…，l (D) 根据复函数解是算符M z的本征函数得M z = mh /2π (E) 由Φ方程复数解线性组合可得实数解以上叙述何者有错？-----------------------------（）解： (C), 根据Φ函数的单值性可确定│m │的取值为 0, 1, 2,...,但不能确定其最大取值l , │m │的最大值是由Θ方程求解确定的。
科粤版化学-九年级上册-《构成物质的微粒(Ⅱ)-原子和离子》
课堂 小结
❖化学变化中的最小微
粒
❖原子
❖质 子
❖原 ❖原子的结
核
❖中
子
构
❖核外电 子
原 子 和
❖相对原子质
子
量
离 子
❖原子得失电子形成离 ❖离 ❖带电的原子子或原子
子
团❖阳离
❖分 类
❖阴子离
子
Thyoaunk
End
一个氢原子的质量只有1.674×10-27kg，
即
1.674
kg
1 000 000 000 000 000 000 000 000 000
H
如此小的值，
该如何计算
相对原子质量(Ar) =
原子的实际质量 碳原子质量的1/12
新知 学习
C
碳原子
碳原子质量的1/12
氧原子的相对原子质量= O ÷ ≈16
❖原子的构 成
新知 学习
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新知 学习
物理学家玻尔
+++ ++++ +++
电子壳层模型
新知 学习
表示原子核以及 核内的质子数
+8 ❖2❖6
表示电子层 以及电子层 上的电子数
❖氧原子的结构示意 图
最外层电子数不超过8个（只有一层的，电子不超过2个）
新知 学习 非金属原子 稀有气体原子
原子是构成物质世界的最小微粒吗？
新知 学习
英国科学家汤姆森
-
-
--
-
电子
汤姆森原子模型
新知 学习
α粒子束发生偏转
α
粒 子
+
07级原子物理复习题
单项选择题1.卢瑟福由α粒子散射实验得出原子核式结构模型时，所依据的理论基础是：A. 普朗克能量子假设;B. 爱因斯坦的光量子假设;C. 狭义相对论;D. 经典理论。
2.盖革和马斯登使能量为5MeV 的α粒子束垂直射至厚度为1μm 的金箔（Z =79），已知金箔的数密度为5.9⨯1022cm -3,他们测得散射角大于90°的概率为：A. 10-2;B. 10-4;C. 10-6;D. 10-10。
3.在进行卢瑟福理论实验验证时，发现小角度散射与理论不符，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,一次散射理论不适用。
4.已知氢原子中的电子在n = 1的轨道上运动形成的电流约为1毫安。
则单电子在n = 3的轨道上绕Li 核(Z = 3)旋转时，电子所形成的电流约等于：A. 0.3毫安;B. 1毫安;C. 3毫安;D. 9毫安。
5.一强度为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. 0.5b 。
6.根据α粒子通过金属箔时散射实验结果来判断原子模型特征时,下列哪些不正确: •• A 原子内部大部分空间是空的•• B 原子中的正.负电核均匀分布于整个原子中•• C 原子的全部质量几乎集中在中央处很小体积内•• D 原子中正电荷集中于中央处很小的体积内7.卢瑟福由α粒子散射实验得出原子核式结构模型时，所依据的理论基础是：A. 普朗克能量子假设;B. 爱因斯坦的光量子假设;C. 狭义相对论;D. 经典理论。
8.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。
物理学中的原子结构
物理学中的原子结构物理学作为一门自然科学，研究的对象之一便是物质的构成和性质。
而在物质中最小的单位就是原子。
原子结构，也称为原子模型，是指描述原子组成以及原子内部构造的概念和理论。
本文将着重介绍物理学中的原子结构，包括原子的组成、核心部分和电子云等内容。
一、原子的组成原子的组成是指原子中包含的基本粒子。
根据物理学的认识，原子由三种基本粒子组成：质子、中子和电子。
质子和中子位于原子的核心部分，称为原子核，而电子则绕着原子核围绕运动。
质子带有正电荷，其电荷大小为1.602 × 10^-19 库仑；中子不带电荷，其质量约等于质子的质量；电子带有负电荷，其电荷同样大小为1.602 × 10^-19 库仑。
原子的质量主要由质子和中子决定，电子的质量相对较小，可以忽略不计。
二、原子核原子核是原子的核心部分，由质子和中子组成。
原子核的直径约为10^-15米，相对来说非常微小，而整个原子半径则约为10^-10米，是原子核直径的一万倍。
在原子核中，质子和中子相互作用，通过强相互作用力来保持原子核的稳定。
质子之间的静电排斥力会导致原子核的不稳定，但强相互作用力的作用下，使得原子核能够维持相对稳定的结构。
原子核的质量数A等于质子数Z与中子数N之和，记作A=Z+N，其中Z代表原子核中的质子数，N代表原子核中的中子数。
同位素是指具有相同质子数Z但中子数N不同的原子核。
三、电子云电子云是指围绕在原子核外的电子的分布区域。
电子云并非一个固定的轨道，而是在其轨道上进行着快速的运动。
根据量子力学的理论，电子云的运动受到一定的限制，即存在能级的概念。
原子的能级是指描述电子在原子内部运动时的能量状态。
电子的能级是分立的，也就是说电子只能处于特定的能量状态，而不能连续存在于不同的能量状态之间。
电子云的形状和分布不是均匀的，而是呈现出不规则的云状分布。
电子云的分布情况与电子的概率分布有关，即在特定能级上找到电子的概率。
原子物理和量子力学
原子物理与量子力学习题参考答案目录原子物理学（褚圣麟编） (1)第一章原子的基本状况 (1)7．α粒子散射问题（P21） (1)第二章原子的能级和辐射 (1)5．能量比较（P76） (1)7．电子偶素（P76） (1)8．对应原理（P77） (1)9．类氢体系能级公式应用（P77） (1)11．Stern-Gerlach实验（P77） (2)第三章量子力学初步 (2)3．de Broglie公式（P113） (2)第四章碱金属原子 (2)2．Na原子光谱公式（P143） (2)4．Li原子的能级跃迁（P143） (2)7．Na原子的精细结构（P144） (2)8．精细结构应用（P144） (3)第五章多电子原子 (3)2．角动量合成法则（P168） (3)3．LS耦合（P168） (3)7．Landé间隔定则（P169） (4)第六章磁场中的原子 (4)2．磁场中的跃迁（P197） (4)3．Zeeman效应（P197） (4)7．磁场中的原子能级（P197） (5)8．Stern-Gerlach实验与原子状态（P197） (5)10．顺磁共振（P198） (5)第七章原子的壳层结构 (6)3．原子结构（P218） (6)第八章X射线 (6)2．反射式光栅衍射（P249） (6)3．光栅衍射（P249） (6)量子力学教程（周世勋编） (7)第一章绪论 (7)1.1 黑体辐射（P15） (7)1.4 量子化通则（P16） (7)第二章波函数和Schrödinger方程 (8)2.3 一维无限深势阱（P52） (8)2.6 对称性（P52） (8)2.7 有限深势阱（P52） (9)第三章力学量 (10)3.5 转子的运动（P101） (10)3.7 一维粒子动量的取值分布（P101） (10)3.8 无限深势阱中粒子能量的取值分布（P101） (11)3.12 测不准关系（P102） (11)第四章态和力学量的表象 (12)4.2 力学量的矩阵表示（P130） (12)4.5 久期方程与本征值方程的应用（P130） (13)第五章微扰理论 (16)5.3 非简并定态微扰公式的运用（P172） (16)5.5 含时微扰理论的应用（P173） (16)第七章自旋与全同粒子 (17)7.1 Pauli算符的对易关系（P241） (17)7.2 自旋算符的性质（P241） (17)7.3 自旋算符x、y分量的本征态（P241） (17)7.4 任意方向自旋算符的特点（P241） (17)7.5 任意态中轨道角动量和自旋角动量的取值（P241） (18)7.6 Bose子系的态函数（P241） (19)原子物理与量子力学习题 (20)一、波函数几率解释的应用 (20)二、态叠加原理的应用 (20)三、态叠加原理与力学量的取值 (20)四、对易关系 (21)五、角动量特性 (22)1原子物理学（褚圣麟编）第一章 原子的基本状况7．α粒子散射问题（P21）J 106.1105.3221962-⨯⨯⨯⨯==E M υ232323030m )2/3(109.1071002.61060sin 1060sin 10----⊥-⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=⋅⨯=A N t A N Nt s ρρ C 1060.119-⨯=e ，11120m AsV 1085.8---⨯=ε，61029-⨯=n dn32521017.412.0100.6--⨯=⨯==ΩL dS d ， 20=θ 2.48)4(sin 202422=⋅Ω⋅⋅=Nt d n dn eM Z πευθ第二章 原子的能级和辐射5．能量比较（P76）Li Li Li Li v hcR hcR E E hv E )427()211(32212=-⋅=-==H e H e H e H e hcR hcR E E 4)1/2(0221=⋅=-=++∞ +∞>H e v E E ，可以使He +的电子电离。
化学教案：原子结构和元素周期表
化学教案：原子结构和元素周期表原子结构和元素周期表一、引言化学是一门研究物质的科学，而原子结构和元素周期表是理解和解释物质性质的重要基础。
本教案将介绍原子的结构和组成，以及元素周期表的历史和组织方式。
二、原子的结构和组成1. 原子的定义原子是构成物质的最小粒子，由质子、中子和电子组成。
2. 质子、中子和电子质子带有正电荷，位于原子核中；中子电中性，也位于原子核中；电子带有负电荷，以电子云的形式绕核运动。
3. 元素的原子数和原子量元素的原子数指的是元素中原子的数量；原子量是相对于碳-12的比例数。
4. 原子的亲电子活性原子亲电子活性由电子外层的空位数决定，较少空位的原子更易吸引电子。
三、原子结构的发展历程1. 亚原子粒子的发现经过实验证据的积累和理论推导，发现了电子、质子和中子。
2. 卢瑟福的金箔实验卢瑟福利用金箔实验得出了核心-电子结构的模型，核心由质子和中子组成，并占据原子的大部分质量和密度。
3. 波尔的量子理论根据电子跃迁的能级和频率，波尔提出了量子理论，解释了电子在原子轨道中运动的方式。
四、元素周期表的组织方式1. 元素周期表的历史元素周期表的发展经历了多位科学家的贡献，最初由门捷列夫和梅德莱耶夫提出，后来得到了孟德列夫的改进。
2. 元素周期表的结构元素周期表按照元素的原子序数排列，周期表中的元素按照化学性质和电子结构的相似性划分为一组。
3. 周期表的分区周期表分为周期和族两个维度。
周期是指元素的电子层次，周期数表示元素的能级；族则表示元素的化学性质和原子结构的相似性。
4. 周期表的应用周期表提供了元素间的关联性和规律性，对了解元素的性质、化学反应和化合物的形成具有重要指导作用。
五、总结原子结构和元素周期表是研究物质和化学反应的基础。
原子结构包括质子、中子和电子，通过研究原子的组成和结构，我们能够更好地理解物质性质的规律。
元素周期表是化学中的重要工具，通过对元素的排列和分组，我们能够更好地预测元素的性质和化学反应。
原子物理量子力学主要知识点复习
1.爱因斯坦关系是什么？什么是波粒二象性？答：爱因斯坦关系：⎪⎩⎪⎨⎧========k n n h n c h n c E p h hv Eλπλνπω22 其中 波粒二象性：光不仅具有波动性，而且还具有质量、动量、能量等粒子的内禀属性，就是由式n r =局限性：（1）不能解释较复杂原子甚至比氢稍复杂的氦原子的光谱；（2）不能给出光谱的谱线强度（相对强度）；（3）从理论上讲，量子化概念的物理本质不清楚。
4.类氢体系量子化能级的表示，波数与光谱项的关系？答：类氢体系量子化能级的表示：()22202442nZ e E n πεμ-= 波数与光谱项的关系 ,4,5.3,3,5.2,121ˆ22=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n n R v了与氢原子能级的差别7.自旋假设内容，碱金属光谱精细结构特点？答：自旋假设内容：（1）电子具有自旋角动量s p，它在空间任何方向上的投影只能取两个值： 21±=sz p（2）电子具有自旋磁矩 s μ，它在空间任何方向上的投影只能取两个值：B sz sz me p m e μμ±=±=-=2 碱金属光谱精细结构特点：原子态：2523212121D 3,P 3,P 2,S 2,S 122222 ----n层数（表示L 的S,P,D,F ）J ，其中电子总角动量J=轨道角动量L+自旋角动量S 。
电子自旋耦合：通过电子之间的自旋产生彼此的效果力。
9.碱土族元素光谱特点？答：Mg 的光谱与He 类似。
也形成两套线系，有两个主线系、两个第一辅线系、两个第二辅线系等等。
Mg 原子也有两套能级，一套是单层能级——单态，另一套是三层能级——三重态。
单层能级间的跃迁产生单线，三层能级间的跃迁产生多线光谱。
10.LS 耦合与jj 耦合过程？两种耦合方式的原子态表示？答：略L+S S 最J 值13.磁场中原子磁矩的表示及引起的能量差。
答：原子磁矩：φμp meiA 2==，而对于两个或两个以上电子的原子，其磁矩表达式为：J eJ P m egμ2=轨道磁矩：B el e l l l l l m e p m e μμ)1()1(22+=+==； 自旋磁矩：B es e s s s m e p m e μμ3)1(=+== ；总磁矩：()B j ej sl j j j j g p m e p p p p μμ12212222+⋅=⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-+=。
人教版(2019)高中化学 必修一 学案 4.1原子结构与元素周期表
原子结构与元素周期表【学习目标与素养】1．微观探析：认识原子结构。
了解原子核外电子的排布。
2．宏观辨识与微观探析：能够正确书写1～20号元素的原子结构示意图。
知道元素、核素的含义。
认识原子结构以及元素在元素周期表中位置的关系。
知道元素周期表的结构。
体会元素周期表在学习元素及其化合物知识及科学研究中的重要作用。
通过碱金属、卤素原子的结构特点，认识原子结构与元素性质的关系。
3．变化观念：能初步运用原子结构理论解释碱金属、卤素性质的相似性和递变性。
【学习重难点】了解原子核外的电子排布；知道元素周期表的结构；知道元素、核素、同位素的含义。
认识碱金属元素、卤族元素的性质与其在元素周期表中位置的关系；以碱金属元素和卤族元素为例，了解同主族元素性质的递变规律。
【学习过程】 【第一课时】（一）基础知识填充 一、原子的构成 1．构成（1）原子⎩⎪⎨⎪⎧原子核⎩⎨⎧质子(相对质量近似为1，带1个单位正电荷）中子（相对质量近似为1，不带电）核外电子(带1个单位负电荷)（2）关系：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数（电中性原子中）。
2．质量数（1）概念：质子和中子的相对质量都近似为1，忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫作质量数。
（2）关系：质量数（A ）＝质子数（Z ）＋中子数（N ）。
二、核外电子排布 1．电子层（1）概念：在多电子原子里，把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层，称作电子层。
（2）不同电子层的表示及能量关系各电子层由内到外电子层数1234567字母代号K L M N O P Q离核远近由近到远能量高低由低到高2．电子分层排布（1）能量最低原理核外电子总是优先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外排布在能量逐步升高的电子层里，即按K→L→M→N……顺序排列。
（2）电子层最多容纳的电子数①第n层最多容纳2n2个电子。
如K、L、M、N层最多容纳电子数分别为2、8、18、32。