原子物理复习

原子物理复习一、考试范围：教学大纲；课堂所讲；二、题目类型：填空、选择、计算；三、考试形式：闭卷；四、考试时间：1月18日，14:30-16:30

考试地点：南山综合楼A205五、注重考察基本概念、基本规律与基本方法；给出计算需要的基本常数。五、内容提要：第一章原子的基本状况一原子的质量和大小1.质量

2.大小，数量级：二原子的组成

1.电子

2.原子核质子中子三．卢瑟福散射实验第二章原子的能级与辐射一．玻尔理论的实验基础1．光的量子理论2．氢原子光谱的实验规律量子化规律辐射的频率法则二．氢原子光谱的实验规律1．光谱2．氢原子光谱的特点和规律线状光谱:谱线有线系,可表示三．玻尔的氢原子理论1．经典理论遇到的困难2．玻尔理论的三个假定3．对氢原子的能级以及光谱的解释

能级图及其特点；电离和激发四．类氢离子光谱(讨论E和与z和m的关系)1．由z的不同引起的光谱的差别(与氢比)

2．由m的不同引起的光谱的差别(位移)

五．原子能量量子化的进一步验证

-------夫兰克─赫兹实验六．理论的推广─-索末菲模型1．推广的量子化条件:2．电子运动的椭圆轨道及其能量：

(简并)主量子数,同一，有个七．轨道取向的量子化与史特恩-盖拉赫实验1．轨道运动的磁矩.2．磁矩在磁场中的受力3．轨道取向的量子化理论

假定处在磁场中的原子的磁矩转动是绕磁场进动,变为三维运动,,有3个量子化条件.,,由于取整,所以可取,对于一个,有个．4．史特恩-盖拉兹实验

一.物质的波粒二象性及其实验验证

第三章量子力学初步电子的衍射验验二.不确定关系及其物理实质（波动性）

微观粒子的坐标和动量不可能同时进行准确测定。三.波函数及其统计意义

1.自由粒子的波函数为普朗克常数

≥

表示t时刻、（x、y、z）处发现粒子的几率密度。满足归一化。

2.波函数的统计解释-波函数模的平方3.波函数满足的条件：单值、连续、有限四.薛定谔波动方程

1.一般方程1.定态方程E与t无关五.量子力学对氢原子的处理2.能量量子化主量子数——主量子数n和能量有关

n=1，2，3，……1.波函数3.角动量量子化原子中电子的轨道角动量大小为4.角动量的空间量子化

电子的轨道角动量在Z方向的分量是磁量子数ml——决定轨道角动量在Z方向投影对同一个l

角动量Z方向分量可能有

2l+1个不同值角量子数l——决定电子的轨道角动量的大小5.量子力学与玻尔理论的比较第四章碱金属原子与电子自旋一．碱金属原子光谱的特点和规律1．光谱

2．能级二．原子实极化和轨道贯穿三．碱金属原子的光谱和能级精细结构1．光谱2．能级:s单层;p,d,f等为双层.

四．(理论解释)自旋与轨道运动之间的相互作用1．自旋概念的提出以及自旋特性:,,,,2．自旋角动量与轨道角动量之间的耦合(磁相互作用)3．自旋与轨道运动之间的相互作用结果4．单电子原子的光谱和能级的精细结构电子态的表示：s,p,d,f…对应轨道角动量0,1,2,3…能级的精细结构：双层能级的相同，不同跃迁选择定则()第五章多电子原子一双电子原子光谱和能级特点1.氦原子光谱：有两套，单线系与复杂线系能级：单层能级和三层能级，相互间不跃迁2.

镁及其它双电子原子与氦类似2.电子组态构成的原子态二双电子原子光谱和能级解释1.电子组态：电子所处状态的标志a.单电子：nl,n和l均影响原子能量b.双电子：

二个n和二个l均影响原子能量c.n不同，能级差别大；相同的n，不同的l，能级差别较小;相同n,l，不同j，能级差别最小a.单电子组态：自旋与轨道相互作用，能级分裂为二个，原子态三．LS耦合b.双电子组态：两自旋与两轨道间有6种相互作用，能级分裂为多个1．自旋角动量

2．轨道角动量

3．总角动量

4.原子态a.洪特定则（适用于LS偶合）：从同一电子组态形成的能级中a.重数越高,能级越低（Ｓ越大,能级越低）；b.重数相同,Ｌ越大,能级越低（同S,L越大,能级越低）；c.相同的L和S，J值越大,能级越低（反常次序）,J值越小,能级越低（正常次序）．5.洪特定则和朗德间隔定则b.朗德间隔定则在一个多重能级的结构中，能级的两相邻间隔同有关的二Ｊ值中较大的那一值成正比．四．JJ耦合1.单个电子的总角动量2.两个价电子的总角动量3.JJ耦合下的原子态表示：五．LS耦合与JJ耦合的比较：1.原子态的个数和总角动量量子数相同；2.表示方法不同，能级间隔不同．3.角动量间的相互作用，一般为LS耦合，但在重原子或高激发态原子中，通常为JJ耦合。六.泡利原理与同科电子1.泡利原理:不能有两个电子处于同一状态．标志电子状态的量子数：n,l,ml,s,msn:主量子数

,l:角量子数,ml:轨道磁量子数，s:自旋量子数,ms:自旋磁量子数，不可能有两个电子具有完全相同的四个量子数n,l,ml,ms。2.同科电子概念：n,l相同的电子，叫同科电子．同科电子形成的原子态比非同科电子形成的原子态数少

1.基本方法：在LS耦合和JJ耦合下，序数为Z+1的原子的原子态可以用原子序数为Z的原子的原子态与增加的一个电子的电子态耦合起来，形成Z+1个电子体系的原子态。七．多电子原子的原子态2.洪特定则,朗德间隔定则,能级正、反序问题在LS耦合下，洪特定则，朗德间隔定则仍然适用；(2)能级次序：一个次壳层满额的半数以上（未满额）的价电子构成的能级一般为倒序；少于满额半数的价电子构成的能级一般为正序（J值越小,能级越低）。3.壳层：根据n的不同，将核外电子看作分布在不同的壳层。次壳层：在一个壳层中，根据l的不同，将电子看作在不同次壳层中，每一个次壳层（n,l相同）由同科电子构成在每一个次壳层，能容纳的满额的电子数为：4l+2

1.单电子原子八.辐射跃迁的选择定则

2多电子原子1.宇称相反原则:原子辐射跃迁必须满足2.具体能级间的跃迁a.LS耦合b.JJ耦合第六章磁场中的原子一原子的磁矩1.单电子原子的磁矩

2.多电子原子的磁矩

电子轨道磁矩电子自旋磁矩电子的总磁矩二．外磁场对原子的作用力矩2．作用能量：

三．外磁场对原子的作用实验1．史特恩-盖拉赫实验1.磁矩在磁场中的旋进旋进频率2J+1个值，等间距，2J+1个值，等间距3．塞曼效应（1）把光源放在足够强的磁场中时，原来的一条谱线会分裂成几条，且具有偏振特性。2.顺磁共振实验：a.波数改变（2）正常塞曼效应：一分为三，等间距，间距为（3）理论解释—洛伦兹单位b.选择定则与偏振性c.格罗春图法第七章原子的壳层结构一、元素周期表1.元素周期律(按z排列)2.元素周期表(7个周期,8个主族)二、原子的电子壳层结构1.原子中电子状态的描述()与壳层结构2.各壳层中电子排布必须遵循的定律（1）泡利不相容原理（2）能量最低原理4.电子在壳层中的填充次序3.各壳层中电子的分布数5.元素周期表中的原子基态(组态,原子态)（1）

具有满壳层和满次壳层结构的原子基态原子态为。（2）具有未满壳层和次壳层结构的原子基态原子态的确定，仅考虑未满壳层和未满次壳层上电子的排布。

（3）

图示法

①先制作一张有l，ml，m

量子数的表

ll-1…0…-l+1-l1/2-1/2mlms②填电子a)电子先抢占ms=1/2的空格，使（洪特定则）

b)在上面情况下，电子尽可能占据ml大的空格，使最大（洪特定则：S大能量低、L大能量低）

c)如果电子超过半满，J=L+S，倒序（J大，E低）如果电子小于半满，J=|L-S|，正序（J大，E高）③根据上面得出的L，S，J，写出原子态第八章X射线一、X射线的产生与观测1.X射线管2.X射线衍射方程：二、X射线光谱的特点和产生原因1.连续谱：轫致辐射，最短波长2.标识谱：内层电子跃迁，

莫塞莱公式三．康普顿效应

1.定性解释：光子与电子的碰撞，自由电子与束缚电子

2.定量解释：

—康普顿公式康普顿波长3.意义：验证光量子性，测h第十章原子核一、原子核的基本性质1.原子核的电荷：q=+Ze2.原子核的组成：质子3.原子核的质量：

中子核子A=Z+N核素4.原子核的大小（半径）：

5.原子核的角动量与磁矩

6.原子核的电四极势

7.原子核的统计性：质量数为偶数的核是玻色子；质量数为奇数的核是费米子。

8.原子核宇称：取决于核子角动量量子数之和奇、偶性

二、原子核的结合能1.原子核的结合能：核子结合成原子核放出的能量2.质量亏损：3.原子核结合能的计算4.平均结合能（比结合能）平均结合能大的原子核稳定三、原子核的放射性衰变放射性衰变及其分类：

（1）放射性衰变：元素数量自发地逐渐减少

（2）放射性衰变分类：—统计规律

2.衰变规律λ

标志衰变的快慢4.半衰期5.平均寿命3.衰变常数：6.放射性应用举例：推断年代（计算核素的放射时间）7.α衰变衰变能Ed——衰变过程所释放的能量α衰变的条件:8.衰变与内变换衰变：原子核通过发射光子从激发态跃迁到较低能态的过程

内变换：原子核直接将激发能交给核外电子使它离开原子的现象；释放出来的电子叫内变换电子，其能量为：1）-衰变衰变能衰变条件：9.衰变2)+衰变衰变能衰变条件：原子核俘获一个核外K层上的电子，核内一个质子变为中子，同时放出一个中微子的过程。3)K电子俘获衰变能：-第i层电子的结合能。衰变条件：四、核力与核结构模型1.核力的基本性质及其作用机制：

（1）基本性质：

短程性（在极短程内为斥力）；饱和性；强力性；与电荷无关。（2）核子间交换π介子

2.核结构模型

（1）费米气体模型五、原子核反应

（3）壳层模型

（2）液滴模型

（4）集体运动模型1.核反应:用具有一定能量的粒子轰击原子核，使其放出某种粒子而转变为新核.2.核反应过程中的守恒定律动量守恒：即反应前后体系的总动量不变。电荷守恒质量数守恒能量守恒3.反应机制:直接反应；复合核反应；光学模型4.反应过程:独立粒子；复合核；分离5.反应类型：裂变；聚变6、核反应中的能量（1）反应能:反应前后系统的动能之差，用Q

表示。静质量动能能量守恒：（2）.核反应阈能

阈能：激发原子核反应的撞击粒子必须具有的最低能量。放能核反应：吸能核反应：7、反应截面实质：单个入射粒子束和一个靶核发生反应的几率。微分反应截面8、裂变：重核分裂为轻核,同时释放出能量。（2）激活能(Ef)条件：结合能和中子动能转变为复合核的激发能当时裂变就可发生，反之则不行。（1）链式反应条件：增值因子9、聚变:

（1）多个轻核结合到一起形成平均结合能大的原子核,同时释放能量的过程。（2）聚变反应的困难

（3）热核反应机制：（4）聚变能的利用：氢弹；可控热核聚变（3）裂变能的利用：原子弹；核反应堆一、粒子的分类1、规范粒子：是传递相互作用的媒介。

光子、胶子g、中间玻色子W±和Z0

。（玻色子J=1）2、轻子：参与弱相互作用,带电的粒子也参与电磁作用。3、强子：(重子和介子)