原子物理學總復習課件

原子物理學總復習2014年段正路原子物理學總復習2014年段正路1第一章原子的基本狀況重點：1，原子的核式結構2，α粒子散射實驗的意義第一章原子的基本狀況重點：21、盧瑟福的原子核式模型2.α粒子的散射實驗：α粒子被靜止核的庫侖場散射的角度θ由下式?jīng)Q定原子中的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子中央一個很小的體積內(nèi)，稱為原子核。原子中的電子在核的周圍繞核運動。3.盧瑟福公式：被散射到與粒子的初始運動方向成θ角的元立體角dΩ內(nèi)的相對粒子數(shù)為：1、盧瑟福的原子核式模型2.α粒子的散射實驗：α粒子被靜止3第二章原子的能級和輻射重點：

1、氫原子光譜的實驗規(guī)律。

2、玻爾的氫原子理論。第二章原子的能級和輻射重點：41、氫原子光譜的一般規(guī)律原子發(fā)光具有線狀光譜的特征，氫原子光譜的實驗規(guī)律是：R—里德堡常數(shù)；T(m)—光譜項。m=1，n=2、3、4…，賴曼系（紫外）m=2，n=3、4、5…，巴爾末系（可見光）m=3，n=4、5、6…，帕邢系（紅外）m=4，n=5、6、7…，布喇開系（遠紅外）光譜線系1、氫原子光譜的一般規(guī)律原子發(fā)光具有線狀光譜的特征，氫原子光52、玻爾的氫原子理論三個基本假設：⑴定態(tài)假設：電子在符合量子條件的軌道上運動時，原子具有一定能量而不發(fā)生輻射。⑵頻率規(guī)則：電子從能量En的定態(tài)躍遷到Em時，原子輻射光子，其頻率⑶角動量量子化條件：Pφ=mrv=nh/2π

，n=1、2、3…2、玻爾的氫原子理論三個基本假設：⑴定態(tài)假設：電子在符合量6三個結論：⑴氫原子中電子的軌道半徑：⑵氫原子的能級公式：n=1、2、3…n=1、2、3…⑶氫原子光譜：氫原子能級能量與對應光譜項關系式：三個結論：⑴氫原子中電子的軌道半徑：⑵氫原子的能級公式：7兩個實驗：1、夫蘭克—赫茲實驗物理意義：為原子的量子化能級的存在給出了直接的實驗驗證。2、史特恩—蓋拉赫實驗史特恩—蓋拉赫實驗證實了（1）角動量空間取向量子化；（2）電子自旋假設。兩個實驗：1、夫蘭克—赫茲實驗8第三章量子力學基礎光的波粒二象性微觀粒子的二象性海森堡不確定關系波函數(shù)Ψ的統(tǒng)計解釋：波函數(shù)模的平方代表某時刻t在空間某點附近單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個粒子的概率，即代表概率密度。第三章量子力學基礎光的波粒二象性微觀粒子的二象性海森堡不確9第四章堿金屬原子和電子自旋重點：

1、堿金屬原子光譜的規(guī)律和能級

2、堿金屬原子光譜精細結構的規(guī)律

3、電子自旋與軌道的相互作用規(guī)律第四章堿金屬原子和電子自旋重點：10一、基本內(nèi)容堿金屬原子光譜項堿金屬原子定態(tài)的能級2、堿金屬原子光譜規(guī)律的解釋⑴多電子原子結構的價電子模型⑵堿金屬原子能級簡并解除，能量不僅與n有關，還與l有關。原因：

a.原子實極化。b.軌道貫穿。一、基本內(nèi)容堿金屬原子光譜項堿金屬原子定態(tài)的能級2、堿金屬原11堿金屬原子光譜精細結構的規(guī)律主線系第二輔線系（銳線系）第一輔線系（漫線系）柏格曼線系（基線系）四個線系堿金屬原子光譜精細結構產(chǎn)生的原因電子自旋軌道角動量自旋角動量堿金屬原子光譜精細結構的規(guī)律主線系第二輔線系（銳線系）第一輔12自旋—軌道耦合自旋磁矩與軌道運動產(chǎn)生的磁場相互作用引起的能量修正項是：自旋與軌道角動量耦合：精細結構產(chǎn)生的原因：對于S態(tài)電子（l=0），j量子數(shù)取唯一值1/2，故為單層。對于p、d、f…等電子（l≠0），j量子數(shù)取兩個可能值，故為雙層。單電子輻射躍遷的選擇定則：?l=±1，?j=0，±1原子態(tài)符號重態(tài)數(shù)自旋—軌道耦合自旋磁矩與軌道運動產(chǎn)生的磁場相互作用引起的13

nlj

價電子符號原子態(tài)符號12301/21s011/2?3/2

2s2p,2p0123s3p3d1/2?3/2

2/32/54.4電子自旋同軌道運動的相互作用nlj價電子14第五章多電子原子重點：

1、氦和堿土金屬的光譜的一般規(guī)律

2、兩個價電子的角動量耦合規(guī)律和原子態(tài)

3、泡利原理

4、多電子原子光譜的一般規(guī)律

5、躍遷選擇定則第五章多電子原子重點：151.氦和堿土金屬光譜規(guī)律2.電子組態(tài)的表示

基態(tài)電子組態(tài)：簡記：1.兩套光譜線系，兩套能級2.兩套能級間不產(chǎn)生躍遷3.電子組態(tài)相同的，三重態(tài)能級總低于單一態(tài)相應的能級；三重能級結構中，同一值的三個能級，值大的能級低（倒轉次序）簡記：1.氦和堿土金屬光譜規(guī)律2.電子組態(tài)的表示基態(tài)電子組態(tài)16L-S耦合總角動量LS耦合下的原子態(tài)符號表示:s=0，單重態(tài)s=1，三重態(tài)洪特定則朗德間隔定則能級排布規(guī)則L-S耦合總角動量LS耦合下的原子態(tài)符號表示:s=0，單重態(tài)17j-j耦合j-j耦合下原子態(tài)標記j-j耦合j-j耦合下原子態(tài)標記18泡利不相容原理在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的狀態(tài)(完全相同的四個量子數(shù))。一.躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間輻射躍遷的選擇定則

j-j耦合躍遷選擇定則:L-S耦合躍遷選擇定則:（00除外）

（00除外）或對換二.看具體的耦合形式泡利不相容原理在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的19第六章在磁場中的原子一、基本要求1、理解用有效磁矩代表原子總磁矩的理由2、掌握在LS耦合下原子總磁矩的計算公式3、理解在外磁場中原子能級的分裂4、理解斯特恩—蓋拉赫實驗的解釋5、確切理解塞曼效應第六章在磁場中的原子一、基本要求20軌道運動：自旋運動：原子的磁矩=電子的軌道磁矩+電子的自旋磁矩+原子核的磁矩電子的軌道磁矩+電子的自旋磁矩原子的磁矩軌道運動：自旋運動：原子的磁矩=電子的軌道磁矩+電子的自旋磁211、單電子原子的磁矩

在LS耦合下原子總磁矩的計算公式單電子原子總磁矩（有效磁矩）:

朗德因子

1、單電子原子的磁矩在LS耦合下原子總磁矩的計算公式單電子222、多電子原子的磁矩L-S耦合j-j耦合2、多電子原子的磁矩L-S耦合j-j耦合233、在外磁場中原子能級的分裂在外磁場中原子能量計算公式拉莫爾旋進在外磁場中,原子的能級分裂成個,間隔為--洛倫茲單位與能量變化ΔE對應的能級的光譜項變化為：3、在外磁場中原子能級的分裂在外磁場中原子能量計算公式拉莫爾245、塞曼效應塞曼效應

—在足夠強的外磁場中，原子光譜的譜線發(fā)生分裂，分裂后的每條譜線都是偏振的。正常塞曼效應：在塞曼效應中，如果每條光譜線分裂成三條有規(guī)律的譜線，一條波長不變（稱為π線偏振光，電矢量平行于外磁場），另外兩條的波數(shù)與原波數(shù)之差都等于一個洛侖茲單位，分列兩邊，都是σ線偏振光（電矢量垂直于外磁場）。反常塞曼效應：譜線分裂的條數(shù)，間距和偏振情況與正常塞曼效應不完全相同時。5、塞曼效應塞曼效應—在足夠強的外磁場中，原子光譜的譜25塞曼效應的解題思路：應掌握分析塞曼效應、計算、作圖的基本方法?；静襟E

1，計算原譜線躍遷初、末態(tài)的朗德因子g1和g2

2，列表計算可能的值

3，計算分裂后每條譜線與原譜線的頻率差（或波數(shù)差）塞曼效應的解題思路：26—洛侖茲單位畫出能級圖和能級躍遷圖。⑵塞曼躍遷的選擇定則：?M=0產(chǎn)生π光。?M=±1產(chǎn)生σ光?！鍋銎潌挝划嫵瞿芗増D和能級躍遷圖。⑵塞曼躍遷的選擇定則：272.

鎘6438.47埃的塞曼效應這條線對應的躍遷是1D21P11P11D2LSJMgMg2020，±1，±2121010，±1112.鎘6438.47埃的塞曼效應這條線對應的躍遷是1D2128借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：M2

10-1-2M2g2210-1-2M1g110-1（M2g2-M1g1）=000-1-1-1111借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：M29第七章、原子的殼層結構一、基本要求1、理解元素性質的周期性變化（反映出原子內(nèi)部結構的規(guī)律性）。2、掌握原子核外電子排布所遵守的規(guī)律。3、掌握原子核外電子的殼層結構。第七章、原子的殼層結構一、基本要求301、元素性質的周期性變化

2、原子核外電子排布遵守兩條規(guī)律：泡利不相容原理和最低能量原理。四個量子數(shù)：n；l；ml；ms。不能有兩個電子具有完全相同的四個量子數(shù)，即原子中的電子是分布在不同狀態(tài)的。1、元素性質的周期性變化313、原子核外電子的殼層結構電子殼層：K、L、M、N、O、P、Q對應量子數(shù)n：1、2、3、4、5、6、7每個電子殼層能容納的最多電子數(shù)為2n2。次殼層：S、P、d、f…對應量子數(shù)l：0、1、2、3…各次殼層能容納的最多電子數(shù)為2(2l+1)了解各個周期原子基態(tài)的電子組態(tài)。3、原子核外電子的殼層結構電子殼層：K、L、M、N322.確定原子基態(tài)光譜項的簡易方法

(1)由泡利原理和能量最低原理求一定電子組態(tài)的最大S。

(2)求上述情況上的最大L。

(3)由半數(shù)法則確定J。

(4)按2s+1LJ確定基態(tài)原子態(tài)（光譜項）。2.確定原子基態(tài)光譜項的簡易方法(1)由泡利原理和能量最低33第八章X射線重點：

X射線的基本性質

X射線的產(chǎn)生機制與X射線相關的原子能級康普頓散射第八章X射線重點：34布拉格方程1，X射線連續(xù)譜發(fā)射機制：軔致輻射2，X射線標識譜發(fā)射機制：內(nèi)層電子躍遷連續(xù)譜的短波限X射線譜由連續(xù)譜和標識譜兩部分組成。各元素標識譜有相似結構，分為波長最短的K線系、L線系、M線系等。布拉格方程1，X射線連續(xù)譜發(fā)射機制：軔致輻射連續(xù)譜的短波限X35一個實驗：康普頓效應—康普頓公式實驗過程，實驗結論，物理解釋，意義

X射線的吸收譜朗伯-比耳定律：一個實驗：康普頓效應—康普頓公式實驗過程，實驗結論，物理解釋36第九章、原子核重點：1、原子核的基本性質2、原子核的放射衰變3、原子核反應第九章、原子核重點：37二、基本內(nèi)容原子核的符號表示：Z：質子數(shù)A:質量數(shù)原子核的組成→

質子+中子原子核的質量=所有核子的質量–

相當于所有核子結合能的數(shù)值。

原子核的角動量原子核的磁矩二、基本內(nèi)容原子核的符號表示：Z：質子數(shù)原子核的組成→質子38原子核的統(tǒng)計性：A為奇數(shù)的原子核屬于費米子；A為偶數(shù)的原子核屬于玻色子。原子核的結合能或原子核的放射性衰變原子核的統(tǒng)計性：A為奇數(shù)的原子核屬于費米子；A為偶數(shù)的原子核39

核力的介子論：核子之間通過交換π介子而相互作用，π介子是核力場的量子。原子核反應：原子核受一個粒子撞擊后而放出一個或幾個粒子的過程。反應能Q核力的介子論：核子之間通過交換π介子而相互作用，π介子是核40①功夫在平時，考場別作弊?、趧e留空白題！別交空白卷！①功夫在平時，考場別作弊！41祝大家：成績?nèi)缫?！祝大家：成績?nèi)缫猓?2原子物理學總復習2014年段正路原子物理學總復習2014年段正路43第一章原子的基本狀況重點：1，原子的核式結構2，α粒子散射實驗的意義第一章原子的基本狀況重點：441、盧瑟福的原子核式模型2.α粒子的散射實驗：α粒子被靜止核的庫侖場散射的角度θ由下式?jīng)Q定原子中的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子中央一個很小的體積內(nèi)，稱為原子核。原子中的電子在核的周圍繞核運動。3.盧瑟福公式：被散射到與粒子的初始運動方向成θ角的元立體角dΩ內(nèi)的相對粒子數(shù)為：1、盧瑟福的原子核式模型2.α粒子的散射實驗：α粒子被靜止45第二章原子的能級和輻射重點：

1、氫原子光譜的實驗規(guī)律。

2、玻爾的氫原子理論。第二章原子的能級和輻射重點：461、氫原子光譜的一般規(guī)律原子發(fā)光具有線狀光譜的特征，氫原子光譜的實驗規(guī)律是：R—里德堡常數(shù)；T(m)—光譜項。m=1，n=2、3、4…，賴曼系（紫外）m=2，n=3、4、5…，巴爾末系（可見光）m=3，n=4、5、6…，帕邢系（紅外）m=4，n=5、6、7…，布喇開系（遠紅外）光譜線系1、氫原子光譜的一般規(guī)律原子發(fā)光具有線狀光譜的特征，氫原子光472、玻爾的氫原子理論三個基本假設：⑴定態(tài)假設：電子在符合量子條件的軌道上運動時，原子具有一定能量而不發(fā)生輻射。⑵頻率規(guī)則：電子從能量En的定態(tài)躍遷到Em時，原子輻射光子，其頻率⑶角動量量子化條件：Pφ=mrv=nh/2π

，n=1、2、3…2、玻爾的氫原子理論三個基本假設：⑴定態(tài)假設：電子在符合量48三個結論：⑴氫原子中電子的軌道半徑：⑵氫原子的能級公式：n=1、2、3…n=1、2、3…⑶氫原子光譜：氫原子能級能量與對應光譜項關系式：三個結論：⑴氫原子中電子的軌道半徑：⑵氫原子的能級公式：49兩個實驗：1、夫蘭克—赫茲實驗物理意義：為原子的量子化能級的存在給出了直接的實驗驗證。2、史特恩—蓋拉赫實驗史特恩—蓋拉赫實驗證實了（1）角動量空間取向量子化；（2）電子自旋假設。兩個實驗：1、夫蘭克—赫茲實驗50第三章量子力學基礎光的波粒二象性微觀粒子的二象性海森堡不確定關系波函數(shù)Ψ的統(tǒng)計解釋：波函數(shù)模的平方代表某時刻t在空間某點附近單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個粒子的概率，即代表概率密度。第三章量子力學基礎光的波粒二象性微觀粒子的二象性海森堡不確51第四章堿金屬原子和電子自旋重點：

1、堿金屬原子光譜的規(guī)律和能級

2、堿金屬原子光譜精細結構的規(guī)律

3、電子自旋與軌道的相互作用規(guī)律第四章堿金屬原子和電子自旋重點：52一、基本內(nèi)容堿金屬原子光譜項堿金屬原子定態(tài)的能級2、堿金屬原子光譜規(guī)律的解釋⑴多電子原子結構的價電子模型⑵堿金屬原子能級簡并解除，能量不僅與n有關，還與l有關。原因：

a.原子實極化。b.軌道貫穿。一、基本內(nèi)容堿金屬原子光譜項堿金屬原子定態(tài)的能級2、堿金屬原53堿金屬原子光譜精細結構的規(guī)律主線系第二輔線系（銳線系）第一輔線系（漫線系）柏格曼線系（基線系）四個線系堿金屬原子光譜精細結構產(chǎn)生的原因電子自旋軌道角動量自旋角動量堿金屬原子光譜精細結構的規(guī)律主線系第二輔線系（銳線系）第一輔54自旋—軌道耦合自旋磁矩與軌道運動產(chǎn)生的磁場相互作用引起的能量修正項是：自旋與軌道角動量耦合：精細結構產(chǎn)生的原因：對于S態(tài)電子（l=0），j量子數(shù)取唯一值1/2，故為單層。對于p、d、f…等電子（l≠0），j量子數(shù)取兩個可能值，故為雙層。單電子輻射躍遷的選擇定則：?l=±1，?j=0，±1原子態(tài)符號重態(tài)數(shù)自旋—軌道耦合自旋磁矩與軌道運動產(chǎn)生的磁場相互作用引起的55

nlj

價電子符號原子態(tài)符號12301/21s011/2?3/2

2s2p,2p0123s3p3d1/2?3/2

2/32/54.4電子自旋同軌道運動的相互作用nlj價電子56第五章多電子原子重點：

1、氦和堿土金屬的光譜的一般規(guī)律

2、兩個價電子的角動量耦合規(guī)律和原子態(tài)

3、泡利原理

4、多電子原子光譜的一般規(guī)律

5、躍遷選擇定則第五章多電子原子重點：571.氦和堿土金屬光譜規(guī)律2.電子組態(tài)的表示

基態(tài)電子組態(tài)：簡記：1.兩套光譜線系，兩套能級2.兩套能級間不產(chǎn)生躍遷3.電子組態(tài)相同的，三重態(tài)能級總低于單一態(tài)相應的能級；三重能級結構中，同一值的三個能級，值大的能級低（倒轉次序）簡記：1.氦和堿土金屬光譜規(guī)律2.電子組態(tài)的表示基態(tài)電子組態(tài)58L-S耦合總角動量LS耦合下的原子態(tài)符號表示:s=0，單重態(tài)s=1，三重態(tài)洪特定則朗德間隔定則能級排布規(guī)則L-S耦合總角動量LS耦合下的原子態(tài)符號表示:s=0，單重態(tài)59j-j耦合j-j耦合下原子態(tài)標記j-j耦合j-j耦合下原子態(tài)標記60泡利不相容原理在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的狀態(tài)(完全相同的四個量子數(shù))。一.躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間輻射躍遷的選擇定則

j-j耦合躍遷選擇定則:L-S耦合躍遷選擇定則:（00除外）

（00除外）或對換二.看具體的耦合形式泡利不相容原理在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的61第六章在磁場中的原子一、基本要求1、理解用有效磁矩代表原子總磁矩的理由2、掌握在LS耦合下原子總磁矩的計算公式3、理解在外磁場中原子能級的分裂4、理解斯特恩—蓋拉赫實驗的解釋5、確切理解塞曼效應第六章在磁場中的原子一、基本要求62軌道運動：自旋運動：原子的磁矩=電子的軌道磁矩+電子的自旋磁矩+原子核的磁矩電子的軌道磁矩+電子的自旋磁矩原子的磁矩軌道運動：自旋運動：原子的磁矩=電子的軌道磁矩+電子的自旋磁631、單電子原子的磁矩

在LS耦合下原子總磁矩的計算公式單電子原子總磁矩（有效磁矩）:

朗德因子

1、單電子原子的磁矩在LS耦合下原子總磁矩的計算公式單電子642、多電子原子的磁矩L-S耦合j-j耦合2、多電子原子的磁矩L-S耦合j-j耦合653、在外磁場中原子能級的分裂在外磁場中原子能量計算公式拉莫爾旋進在外磁場中,原子的能級分裂成個,間隔為--洛倫茲單位與能量變化ΔE對應的能級的光譜項變化為：3、在外磁場中原子能級的分裂在外磁場中原子能量計算公式拉莫爾665、塞曼效應塞曼效應

—在足夠強的外磁場中，原子光譜的譜線發(fā)生分裂，分裂后的每條譜線都是偏振的。正常塞曼效應：在塞曼效應中，如果每條光譜線分裂成三條有規(guī)律的譜線，一條波長不變（稱為π線偏振光，電矢量平行于外磁場），另外兩條的波數(shù)與原波數(shù)之差都等于一個洛侖茲單位，分列兩邊，都是σ線偏振光（電矢量垂直于外磁場）。反常塞曼效應：譜線分裂的條數(shù)，間距和偏振情況與正常塞曼效應不完全相同時。5、塞曼效應塞曼效應—在足夠強的外磁場中，原子光譜的譜67塞曼效應的解題思路：應掌握分析塞曼效應、計算、作圖的基本方法?；静襟E

1，計算原譜線躍遷初、末態(tài)的朗德因子g1和g2

2，列表計算可能的值

3，計算分裂后每條譜線與原譜線的頻率差（或波數(shù)差）塞曼效應的解題思路：68—洛侖茲單位畫出能級圖和能級躍遷圖。⑵塞曼躍遷的選擇定則：?M=0產(chǎn)生π光。?M=±1產(chǎn)生σ光?！鍋銎潌挝划嫵瞿芗増D和能級躍遷圖。⑵塞曼躍遷的選擇定則：692.

鎘6438.47埃的塞曼效應這條線對應的躍遷是1D21P11P11D2LSJMgMg2020，±1，±2121010，±1112.鎘6438.47埃的塞曼效應這條線對應的躍遷是1D2170借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：M2

10-1-2M2g2210-1-2M1g110-1（M2g2-M1g1）=000-1-1-1111借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：M71第七章、原子的殼層結構一、基本要求1、理解元素性質的周期性變化（反映出原子內(nèi)部結構的規(guī)律性）。2、掌握原子核外電子排布所遵守的規(guī)律。3、掌握原子核外電子的殼層結構。第七章、原子的殼層結構一、基本要求721、元素性質的周期性變化

2、原子核外電子排布遵守兩條規(guī)律：泡利不相容原理和最低能量原理。四個量子數(shù)：n；l；ml；ms。不能有兩個電子具有完全相同的四個量子數(shù)，即原子中的電子是分布在不同狀態(tài)的。1、元素性質的周期性變化733、原子核外電子的殼層結構電子殼層：K、L、M、N、O、P、Q對應