原子物理复习总结

原子物理复习总结原子物理学总复习总结一、原子物理学发展中重大事件1897年汤姆孙通过阴极射线管实验发现电子，从而打破了原子不可分的神话，并提出关于原子结构的“葡萄干面包”模型。2.1900年普朗克提出能量量子化假说，解释黑体辐射问题。3.1905年爱因斯坦提出光量子假说，并用以解释光电效应。4.1910年密立根采用〃油滴实验”方法精确地测定了电子的电荷，并发现电荷是量子化的。5.1908年卢瑟福的学生盖革-马斯顿在粒子散射实验中发现大角度散射现象，1911年卢瑟福基于此实验提出原子的核式结构模型，从而否认了汤姆孙的模型。但是这种核式结构模型不能解释原子的稳定性、同一性和再生性。6.1913年波尔为了解释氢原子光谱提出氢原子理论模型，提出三个基本假设：定态理论、能级跃迁条件和轨道量子化条件，可以解释氢原子和类氢原子的光谱。7.1914年为了验证波尔的能级理论，弗兰克-赫兹实验用电子轰击汞原子，证明了能级的存在，即原子内部定态的能量是量子化的。8.1916年索末菲将波尔的圆形轨道推广为椭圆轨道理论，并引入相对论修正.9.1921年施特恩-盖拉赫提出一个能直接显示原子轨道角动量空间量子化的实验方案，用银原子束通过不均匀磁场，原子磁矩在不均匀磁场中受磁力，力的大小和方向与原子磁矩空间取向有关。10.1925年乌伦贝克和古兹密特提出电子自旋假设，电子自旋的引入可以解释碱金属双线结构、赛曼效应和施特恩-盖拉赫实验。1925年泡利提出泡利不相容原理。提出了多电子原子中电子的排列规则问题。此定理对费米子系统成立，但是对于玻色子系统不成立。二、基本物理规律、定理和公式1.库仑散射公式：,220ctgab=为库仑散射因子其中EeZZa02214nw,为散射角参数，为瞄准距离，或者碰撞0b2卢瑟福公式：微分散射截面：2sin16'）（）（4200oeoaNntddNddC=0=0=物理意义：a粒子散射到0方向单位立体角内每个原子的有效散射截面.原子核大小的估计（即入射粒子与原子核的最小距离）：ar=min光电效应：221mmvh+=史其中00入v卬chh==为金属的结合能（脱出功），0v和0入分别为金属的红限频率和波长，2021mmveV=,0V为遏制电压。波尔的氢原子理论：（1）经典轨道加定态条件、（2）频率条件、（3）角动量量子化。理论基础是巴尔末公式、光量子理论和原子的核式结构。对于类氢原子，根据（nvrmLrvmreee===22024Zns?121222）（2121ErZnrvnZcnZvEERhcnZvmnnPKnen====-=-=-=a巴尔末公式：）'121（1~22nR-==Av7.里德伯公式:）'11（1〜22nnR-==Av8.里德伯常量的相对论修正eAAmmm+=^RRA9.氢原子谱线系：莱曼系（跃迁1'=-nn）、巴尔末系（跃迁2'=-nn）、帕邢系（跃迁3'=-nn）、布拉开系（跃迁4'=-nn）和普丰德系（跃迁5'=-nn）。其中巴尔末系中的nypa，，，谱线分别对应的跃迁为26252423----,,,碱金属与氢原子谱线的差异是由于隧道贯穿和原子实的极化。碱金属谱线系：主线系：SnP2-;锐线系：PnS2-;漫线系：(PnD2-);基线系(DnF3-)电离电势：将电子从基态激发到连续态所需要的最低电压。第一激发电势：将电子从基态激发到第一激发态所需要的电压原子的磁矩：BjjjLpyM)1(+-=-=；Bjjjzgm叩-二，施特恩-盖拉赫实验：原子束通过非均匀磁场发生偏离：223mvdDzBgmKTdDzBzzBjjzz-=???=叩，jjjmj--=,...1,朗德因子：)1()1()1(2123++-++=JJLLSSgJ碱金属双线结构：由于自旋-轨道耦合导致谱线分裂，裂距为eVllnZEllnZU4340341025.7)1()1(2)(-??+=+=?a或者13484.5)1(~-?+=?cmllnZv(说明：电子自旋磁矩在磁场作用下导致附加能量为BUs-印)18.塞曼效应：1896年塞曼发现把光源放在磁场内时，光源发出的光谱线发生分裂，表明能量差的变化。BgmgmhhBMvv)('1122-+=,或者emeBgmgmnvv4)('1122-+二。当体系自旋为零时，为正常塞曼效应，则有),0,('BBhhBBMpvv-+=;当体系电子数目为偶数并形成独态的原子，才能有正常的塞曼效应。电偶极跃迁选择定则：1,012±=-=?mmm塞曼谱线的偏振特性：1士=?m时给出。偏振，0=?m给出n偏振。在沿着磁场方向，只能观测到。偏振，呈圆偏振，共2条；在垂直磁场方向，能观测到。和n偏振，都呈线偏振，共3条。泡利不相容原理：在一个原子中不可能有两个或多个电子具有完全相同的四个量子数）,,,倍lmmln。即原子中的每个状态只能容纳一个电子。洪特定则：（1）对于一个给定的电子组态形成的一组原子态，当某原子态具有的S最大时，它所处的能级位置最低；（2）对于同一个S,又以L值大的为最低。洪特附则：对于同科电子，关于同一l值而J值不同的诸能级的次序。（1）当同科电子数小于或等于闭壳层占有数的一半时，具有最小J值（即S-L）的能级处在最低，称为正常次序；（2）当同科电子数大于闭壳层占有数的一半时，则具有最大J值（即SL+）的能级为最低，称为倒转次序。自旋-轨道耦合方式：L-S耦合【JLSssslllnn—）（）...（...2121）（】，J-J耦合【Jjjjslslslnnn--）...（））...（）（（212211】，两种耦合方式得到相同的原子态数和总角动量量子数J。电子组态：2211lnln原子态：对于L-S耦合为JSL12+，对于J-J耦合为Jjj）,（21偶数定则：对于同科电子，在L-S耦合下，只有L+S二偶数的原子态存在。多电子原子中，状态的电偶极辐射跃迁选择定则：对SL-耦合：）0J'01（J0,J1,0,L0,S除外=-二士二？士芸芸对于jj-耦合：）0'0（1,0,1,0除外=-二士二？士二?JJJj原子态之间的跃迁还要满足初态和末态的宇称必须相反，即!!=?=偶数奇数iill'描述原子中电子态的量子数有：n（主量子数）、l（角量子数）、lm（轨道磁量子数）、s（自旋角动量量子数）、sm（自旋磁量子数）、j（总角动量量子数）和jm（总的角动量磁量子数）。而完整描述一个电子状态的四个独立量子数：slmmln,,,（弱磁场下）或者jmjln,,,（强磁场下）。原子基态规律：对于满壳层或满支壳层的原子，基态为01S,对于半满壳层的原子，基态为2/1nSn+（n为价电子数）。三、物理常数复合常数：eVnmMeVfme?=?=44.11.44402ns;nmeVhc?=1240;eVnmMeVfmc?=?=197197;keVMeVcme511511.02=二基本电荷：Ce1910602.1-?=;普朗克常数seVsJh??=??=--153410136.410626.6里德堡常数151710097.1101.097R--8?=?=cmm,Rhc=13.6eV阿伏伽德罗常数1-23A106.022N-?=mol玻耳兹曼常数1512310617.81038.1----??=??=KeVKJk电子质量231/511.01011.9cMeVkgme=?=-质子质量：227/93810