高二物理竞赛：原子的壳层结构课件

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原子序数:原子中电子数目（原子核电荷数）.

1869年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性质的周期性变化.

玻尔是第一个给予周期表物理解释,（1916-1918年）把元素按电子组态的周期性排列成表.

1925年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映.而电子组态的周期性与特定轨道的可容性相联系.2不变

泡利不相容原理（1925年）

在同一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数（），即原子中的每一个状态只能容纳一个电子.磁量子数自旋磁量子数

描述电子运动状态的量子数泡利(WolfgangPauli)3

决定电子所处状态的准则（1）泡利不相容原理（每状态允许容纳的电子数）（2）能量最小原理（体系能量最低时，体系最稳定）.

主量子数

n

:决定电子能量的主要部分，相同n

的电子在同一壳层.

电子按能量分成许多壳层，能量相同的电子可视为分布在同一壳层.

角量子数

l

：同一壳层中

l=0，1，，（n-1），不同的

l

形成分壳层.4分壳层l

最多电子数壳层n

最多电子数原子中各壳层可容纳的最多电子数

l

0123456

s

p

d

f

g

h

in1234567KLMNOPQ2222222666666101010101014141414181818222226

2818325072985原子结构示意图

价电子：最外层的电子，它决定原子的化学性质.6

决定壳层次序的是能量最小原理.（电子填充的次序决定于哪个壳层能量最低）

原子的基态是原子能量最低的状态，所有电子均处在各自尽可能低的能量状态中.原子态次序图7Z电子自旋在Z轴上分量量子化

电子自旋角动量（电子的基本属性，无经典对应）自旋量子数自旋磁量子数自旋角动量量子化8

斯特恩–

盖拉赫实验1921年斯特恩和盖拉赫首先发现类氢元素锂原子射线束经过非均匀磁场后分成对称的两束（银、铜等原子也有此现象）.根据量子力学理论,其原因与电子的自旋有关.S屏有磁场无磁场非均匀磁场原子源狭缝N实验装置一、原子核的稳定性原子核的稳定性，是指原子核不会自发地改变其质子数、中子数和它的基本性质.按原子核的稳定性可分为稳定原子核和不稳定(或放射性)原子核两类.预测核的稳定性的经验规则：1.原子核中的质子数等于和大于84的原子核是不稳定的.2.具有少于84个质子的原子核，质子数和中子数均为偶数时，其核稳定.3.质子数或中子数等于2,8,20,28,50,82,126的原子核特别稳定.这些数称为幻数.4.中子数和质子数之比n/p，在Z＜20时，原子核稳定.随着原子序数增加，值增大.Z在中等数值时约为1.4；Z在90左右约为1.6，比值越大，稳定性越差.二、原子核衰变

不稳定的原子核都会自发地转变成另一种核而同时放出射线，这种变化叫放射性衰变.实验发现原子核在衰变过程中放出的射线有三种：α射线、β射线和γ射线.三、放射性衰变定律设有某种放射性同位素样品，单独存在时，某时刻t样品中有N个核.在t～t＋dt时间内有dN个核发生衰变，dN应与dt成正比，与t时刻的核数N成正比，则式中λ是表征衰变快慢的比例常数，叫做衰变常数.负号表示原子核数在减少.设t＝0时N＝N0，将式(17.14)积分，得表明衰变常数λ的物理意义是：在t时刻，每单位时间衰变的原子核数与该时刻原子核总数的比.也可以说λ是表征单位时间原子核衰变的概率.λ越大，衰变越快.半衰期的定义是：原子核衰变到N＝N0所需的时间.

有时也用平均寿命τ表示衰变的快慢.平均寿命是指每个原子核衰