原子物理學(xué)總結(jié)甲型課件

原子物理學(xué)總結(jié)（甲型）物理實驗物理模型基本原理基本方法原子物理學(xué)總結(jié)（甲型）物理實驗1原子物理的總體印象原子結(jié)合為分子分子的能量與原子中電子的狀態(tài)有關(guān)（電子能級）分子作為一個整體有振動（振動能級）和轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)動能級）原子核由質(zhì)子和中子組成核子具有角動量和磁矩核磁矩產(chǎn)生磁相互作用原子具有核式結(jié)構(gòu)電子在中心力場或近似中心力場中運動中心力場中的電子具有動能庫侖勢能僅與距離有關(guān)（n）球諧函數(shù)是角動量的本征函數(shù)，（l,ml）自旋（s,ms）產(chǎn)生磁相互作用中心力場中總角動量（j）守恒原子物理的總體印象原子結(jié)合為分子原子核由質(zhì)子和中子組成原子具2原子物理學(xué)的特點原子物理屬于量子理論的范疇量子力學(xué)（包括相對論量子力學(xué)與量子場論）追求理論體系的完備，與經(jīng)典物理涇渭分明原子物理的目標是解決問題講求實用不排斥對經(jīng)典物理圖像的利用原子物理學(xué)的特點原子物理屬于量子理論的范疇3物理實驗1.原子結(jié)構(gòu)模型的實驗：Rutherford的α粒子散射實驗：證實了原子的核式結(jié)構(gòu)2.原子能級結(jié)構(gòu)的實驗（1）光譜學(xué)實驗：躍遷模型與原子光譜的組合法則（2）Frank—Hertz實驗：證實了原子內(nèi)部分立能級存在的另一種方法（3）X射線實驗：軔致輻射與內(nèi)殼層電子躍遷物理實驗1.原子結(jié)構(gòu)模型的實驗：4物理實驗3.原子運動特征的實驗（1）Stern—Gerlach實驗：證實了磁場中原子角動量空間取向的量子性（原子束、分子束實驗）（2）順磁共振，核磁共振實驗（3）Zeeman效應(yīng)、順磁共振實驗、核磁共振實驗：證實了原子的磁矩以及在外磁場中原子能級的分裂（4）Paschen-Back效應(yīng)：強磁場中，耦合不能發(fā)生，軌道、自旋磁矩獨立與外磁場作用物理實驗3.原子運動特征的實驗5物理實驗4.分子能級特征的實驗（1）紅外吸收光譜實驗：振動能級，轉(zhuǎn)動能級（2）分子吸收光譜實驗：分子光譜的P、Q、R支，躍遷的選擇定則（3）拉曼散射實驗：振動能級，轉(zhuǎn)動能級，分子與光子間的能量傳遞物理實驗4.分子能級特征的實驗6物理實驗5.微觀系統(tǒng)波粒二象性的實驗：（1）黑體輻射（2）光電效應(yīng)（3）Compton散射實驗：證實了光的粒子性（4）Davision—Germer實驗：證實了電子的波動性（5）薄膜電子衍射實驗（6）電子干涉實驗物理實驗5.微觀系統(tǒng)波粒二象性的實驗：7Rutherford原子模型Rutherford散射公式：微分散射截面的物理意義核式結(jié)構(gòu)模型的實驗驗證：計算散射粒子數(shù)的公式：小角散射誤差的原因原子核大小的估算公式：Rutherford原子模型Rutherford散射公式：8Bohr氫原子模型光譜線系的組合法則，量子化的軌道模型Rydberg方程：光譜項：Bohr模型的三個基本假設(shè)：1.定態(tài)條件（分立軌道假設(shè)）；2.頻率條件；3.角動量量子化假設(shè)Bohr氫原子模型光譜線系的組合法則，量子化的軌道模型9由Bohr模型可得到的結(jié)果適用于氫原子，類氫離子，里的伯原子電子軌道：原子能級：Rydberg常數(shù)：由Bohr模型可得到的結(jié)果適用于氫原子，類氫離子，里的伯原子10Bohr模型的應(yīng)用躍遷理論類氫離子的光譜線系：半整數(shù)光譜線，譜線的藍移。特殊氫原子體系，里德伯原子單電子原子（堿金屬原子）的光譜線系激發(fā)電勢，電離電勢堿金屬原子的光譜線系Bohr模型的應(yīng)用躍遷理論11量子力學(xué)初步波粒二象性，deBroglie的物質(zhì)波

由波粒二象性獲得：束縛粒子（駐波）的量子態(tài)；不確定關(guān)系Schr?dinger方程的含義、力學(xué)量的算符、力學(xué)量的平均值Hamilton方程的本征值、本征函數(shù)氫原子的量子力學(xué)解：中心力場中的球諧函數(shù)，角動量及其量子數(shù)n，l，ml的意義量子力學(xué)初步波粒二象性，deBroglie的物質(zhì)波12單電子原子的光譜和能級堿金屬原子的四個光譜線系和能級光譜和能級的精細結(jié)構(gòu)電子所感受到的軌道運動的磁場：電子軌道運動的磁矩：電子的自旋：角動量，自旋磁矩：Bohr磁子

單電子原子的光譜和能級堿金屬原子的四個光譜線系和能級13自旋-軌道相互作用軌道、自旋角動量不再守恒總角動量守恒磁相互作用使能級分裂：自旋向上或向下自旋-軌道相互作用軌道、自旋角動量不再守恒14原子態(tài)原子態(tài)的符號表示：輻射躍遷的選擇定則：氫能級與光譜的精細結(jié)構(gòu)：精細結(jié)構(gòu)常數(shù)：原子態(tài)原子態(tài)的符號表示：15超精細結(jié)構(gòu)的能級和光譜計入原子核的自旋和相應(yīng)的自旋磁矩核磁矩與電子的磁場相互作用，產(chǎn)生附加能量相互作用的結(jié)果，原子的總角動量還包含核的自旋角動量超精細結(jié)構(gòu)的能級和光譜計入原子核的自旋和相應(yīng)的自旋磁矩核磁矩16多電子原子氦原子的光譜與能級：單重態(tài)和三重態(tài)球?qū)ΨQ中心力場近似：角動量的本征函數(shù)仍是球諧函數(shù)電子組態(tài)價電子的耦合（包括多個價電子的耦合）：角動量的耦合，LS耦合，jj耦合原子態(tài)：電偶極輻射躍遷的選擇定則：多電子原子氦原子的光譜與能級：單重態(tài)和三重態(tài)17LS耦合的能級規(guī)則Hund規(guī)則（包括對于同科電子的附加定則）（1）L相同的能級，S大的能級位置較低；（2）S相同的能級中，L大的能級位置較低（3）次殼層的電子數(shù)小于半滿時，J最小的能量最低。正常次序次殼層的電子數(shù)大于半滿時，J最大的能量最低。倒轉(zhuǎn)次序Landè間隔定則：在多重態(tài)中，一對相鄰的能級之間的間隔與有關(guān)的兩個J之中較大的那個值成正比LS耦合的能級規(guī)則Hund規(guī)則（包括對于同科電子的附加定則）18全同粒子的交換對稱性Pauli原理：不能有兩個電子處于同樣的狀態(tài)；或者，電子的波函數(shù)是交換反對稱性的等效電子：n，l相同的電子稱作等效電子，或同科電子；同科電子形成原子態(tài)時，必須考慮Pauli原理的限制復(fù)雜原子的能級：位移律，奇偶多重態(tài)交替律，多于兩個電子的原子態(tài)的耦合方法原子的殼層結(jié)構(gòu)：殼層與支（次）殼層，各個量子數(shù)的物理意義由原子的殼層結(jié)構(gòu)確定原子的基態(tài)：1.S取最大值；2.L取最大值；3.按Hund定則判定J值。全同粒子的交換對稱性Pauli原理：不能有兩個電子處于同樣的19X射線X射線的產(chǎn)生：連續(xù)譜，軔致輻射標識譜Moseley定律，內(nèi)殼層電子躍遷殼層、能級和譜線的標記電離態(tài)的能級圖、X射線光譜線系的命名輻射躍遷的選擇定則：X射線的吸收：特征吸收，即吸收邊（限）X射線X射線的產(chǎn)生：20磁場中的原子原子的磁矩：電子的軌道磁矩、自旋磁矩，原子的有效總磁矩Landèg因子單電子原子LS耦合

磁場中的原子原子的磁矩：電子的軌道磁矩、自旋磁矩，原子的有效21原子與外磁場的作用總角動量不再守恒，Larmor進動總角動量取向的量子化磁相互作用致使能級分裂順磁共振：Zeeman效應(yīng)：弱磁場中Grotrain圖Paschen-Back效應(yīng)：強磁場中，不再有耦合原子與外磁場的作用總角動量不再守恒，Larmor進動22分子的結(jié)構(gòu)和光譜

分子軌道函數(shù)方法由原子的電子波函數(shù)構(gòu)建分子的電子波函數(shù)電子態(tài)能級雙原子分子的電子態(tài)：分子軸分子的結(jié)構(gòu)和光譜分子軌道函數(shù)方法23雙原子分子的振動光譜簡諧振子的量子化能量：更準確的表達式為振動光譜振動吸收譜雙原子分子的振動光譜簡諧振子的量子化能量：24雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜雙原子分子的轉(zhuǎn)動能級純轉(zhuǎn)動譜：躍遷的選擇定則相鄰譜線間隔轉(zhuǎn)動常數(shù)雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜雙原子分子的轉(zhuǎn)動能級轉(zhuǎn)動常數(shù)25P支、R支相對于νv對稱分布振動轉(zhuǎn)動光譜帶轉(zhuǎn)動躍遷選擇定則ΔJ=±1J2→J1=J2-1，R支，發(fā)射J2→J1=J2+1，P支，發(fā)射P支、R支相對于νv對稱分布振動轉(zhuǎn)動光譜帶轉(zhuǎn)動躍遷選擇定則26電子譜帶的振動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)如果分子的電子能量、振動能量、轉(zhuǎn)動能量都發(fā)生改變，則躍遷產(chǎn)生電子振動轉(zhuǎn)動譜帶，在可見和紫外波段由于是屬于不同電子能級的轉(zhuǎn)動能級，所以上下能級的轉(zhuǎn)動常數(shù)B2、B1相差較大電子譜帶的振動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)如果分子的電子能量、振動能量、轉(zhuǎn)動能量27電子譜帶的振動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)ΔJ=-1，P支，J2=J1-1ΔJ=0，Q支，J2=J1ΔJ=+1，R支，J2=J1+1電子譜帶的振動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)ΔJ=-1，P支，J2=J1-1Δ28拉曼散射（組合散射）散射機理：與分子的振動轉(zhuǎn)動能級有關(guān)，虛能級斯托克斯線與反斯托克斯線大拉曼位移譜線（帶）與小拉曼位移譜線大拉曼位移譜線（帶）：與振動能級相關(guān)，等間隔譜帶小拉曼位移譜線：選擇定則拉曼散射（組合散射）散射機理：與分子的振動轉(zhuǎn)動能級有關(guān)，虛能2924681012141618B6101418B-18B-14-10-6-18B-16-14-12-10-8-6-4-2轉(zhuǎn)動吸收譜帶拉曼散射譜帶斯托克斯線瑞利線反斯托克斯線4B12B4B24681012141618B630分子拉曼散射躍遷的選擇定則分子振動轉(zhuǎn)動躍遷的拉曼散射譜線S支

Q支

O支

B1=B21←0振動能級間分子拉曼散射躍遷的選擇定則分子振動轉(zhuǎn)動躍遷的拉曼散射譜線S支31原子物理學(xué)總結(jié)（甲型）物理實驗物理模型基本原理基本方法原子物理學(xué)總結(jié)（甲型）物理實驗32原子物理的總體印象原子結(jié)合為分子分子的能量與原子中電子的狀態(tài)有關(guān)（電子能級）分子作為一個整體有振動（振動能級）和轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)動能級）原子核由質(zhì)子和中子組成核子具有角動量和磁矩核磁矩產(chǎn)生磁相互作用原子具有核式結(jié)構(gòu)電子在中心力場或近似中心力場中運動中心力場中的電子具有動能庫侖勢能僅與距離有關(guān)（n）球諧函數(shù)是角動量的本征函數(shù)，（l,ml）自旋（s,ms）產(chǎn)生磁相互作用中心力場中總角動量（j）守恒原子物理的總體印象原子結(jié)合為分子原子核由質(zhì)子和中子組成原子具33原子物理學(xué)的特點原子物理屬于量子理論的范疇量子力學(xué)（包括相對論量子力學(xué)與量子場論）追求理論體系的完備，與經(jīng)典物理涇渭分明原子物理的目標是解決問題講求實用不排斥對經(jīng)典物理圖像的利用原子物理學(xué)的特點原子物理屬于量子理論的范疇34物理實驗1.原子結(jié)構(gòu)模型的實驗：Rutherford的α粒子散射實驗：證實了原子的核式結(jié)構(gòu)2.原子能級結(jié)構(gòu)的實驗（1）光譜學(xué)實驗：躍遷模型與原子光譜的組合法則（2）Frank—Hertz實驗：證實了原子內(nèi)部分立能級存在的另一種方法（3）X射線實驗：軔致輻射與內(nèi)殼層電子躍遷物理實驗1.原子結(jié)構(gòu)模型的實驗：35物理實驗3.原子運動特征的實驗（1）Stern—Gerlach實驗：證實了磁場中原子角動量空間取向的量子性（原子束、分子束實驗）（2）順磁共振，核磁共振實驗（3）Zeeman效應(yīng)、順磁共振實驗、核磁共振實驗：證實了原子的磁矩以及在外磁場中原子能級的分裂（4）Paschen-Back效應(yīng)：強磁場中，耦合不能發(fā)生，軌道、自旋磁矩獨立與外磁場作用物理實驗3.原子運動特征的實驗36物理實驗4.分子能級特征的實驗（1）紅外吸收光譜實驗：振動能級，轉(zhuǎn)動能級（2）分子吸收光譜實驗：分子光譜的P、Q、R支，躍遷的選擇定則（3）拉曼散射實驗：振動能級，轉(zhuǎn)動能級，分子與光子間的能量傳遞物理實驗4.分子能級特征的實驗37物理實驗5.微觀系統(tǒng)波粒二象性的實驗：（1）黑體輻射（2）光電效應(yīng)（3）Compton散射實驗：證實了光的粒子性（4）Davision—Germer實驗：證實了電子的波動性（5）薄膜電子衍射實驗（6）電子干涉實驗物理實驗5.微觀系統(tǒng)波粒二象性的實驗：38Rutherford原子模型Rutherford散射公式：微分散射截面的物理意義核式結(jié)構(gòu)模型的實驗驗證：計算散射粒子數(shù)的公式：小角散射誤差的原因原子核大小的估算公式：Rutherford原子模型Rutherford散射公式：39Bohr氫原子模型光譜線系的組合法則，量子化的軌道模型Rydberg方程：光譜項：Bohr模型的三個基本假設(shè)：1.定態(tài)條件（分立軌道假設(shè)）；2.頻率條件；3.角動量量子化假設(shè)Bohr氫原子模型光譜線系的組合法則，量子化的軌道模型40由Bohr模型可得到的結(jié)果適用于氫原子，類氫離子，里的伯原子電子軌道：原子能級：Rydberg常數(shù)：由Bohr模型可得到的結(jié)果適用于氫原子，類氫離子，里的伯原子41Bohr模型的應(yīng)用躍遷理論類氫離子的光譜線系：半整數(shù)光譜線，譜線的藍移。特殊氫原子體系，里德伯原子單電子原子（堿金屬原子）的光譜線系激發(fā)電勢，電離電勢堿金屬原子的光譜線系Bohr模型的應(yīng)用躍遷理論42量子力學(xué)初步波粒二象性，deBroglie的物質(zhì)波

由波粒二象性獲得：束縛粒子（駐波）的量子態(tài)；不確定關(guān)系Schr?dinger方程的含義、力學(xué)量的算符、力學(xué)量的平均值Hamilton方程的本征值、本征函數(shù)氫原子的量子力學(xué)解：中心力場中的球諧函數(shù)，角動量及其量子數(shù)n，l，ml的意義量子力學(xué)初步波粒二象性，deBroglie的物質(zhì)波43單電子原子的光譜和能級堿金屬原子的四個光譜線系和能級光譜和能級的精細結(jié)構(gòu)電子所感受到的軌道運動的磁場：電子軌道運動的磁矩：電子的自旋：角動量，自旋磁矩：Bohr磁子

單電子原子的光譜和能級堿金屬原子的四個光譜線系和能級44自旋-軌道相互作用軌道、自旋角動量不再守恒總角動量守恒磁相互作用使能級分裂：自旋向上或向下自旋-軌道相互作用軌道、自旋角動量不再守恒45原子態(tài)原子態(tài)的符號表示：輻射躍遷的選擇定則：氫能級與光譜的精細結(jié)構(gòu)：精細結(jié)構(gòu)常數(shù)：原子態(tài)原子態(tài)的符號表示：46超精細結(jié)構(gòu)的能級和光譜計入原子核的自旋和相應(yīng)的自旋磁矩核磁矩與電子的磁場相互作用，產(chǎn)生附加能量相互作用的結(jié)果，原子的總角動量還包含核的自旋角動量超精細結(jié)構(gòu)的能級和光譜計入原子核的自旋和相應(yīng)的自旋磁矩核磁矩47多電子原子氦原子的光譜與能級：單重態(tài)和三重態(tài)球?qū)ΨQ中心力場近似：角動量的本征函數(shù)仍是球諧函數(shù)電子組態(tài)價電子的耦合（包括多個價電子的耦合）：角動量的耦合，LS耦合，jj耦合原子態(tài)：電偶極輻射躍遷的選擇定則：多電子原子氦原子的光譜與能級：單重態(tài)和三重態(tài)48LS耦合的能級規(guī)則Hund規(guī)則（包括對于同科電子的附加定則）（1）L相同的能級，S大的能級位置較低；（2）S相同的能級中，L大的能級位置較低（3）次殼層的電子數(shù)小于半滿時，J最小的能量最低。正常次序次殼層的電子數(shù)大于半滿時，J最大的能量最低。倒轉(zhuǎn)次序Landè間隔定則：在多重態(tài)中，一對相鄰的能級之間的間隔與有關(guān)的兩個J之中較大的那個值成正比LS耦合的能級規(guī)則Hund規(guī)則（包括對于同科電子的附加定則）49全同粒子的交換對稱性Pauli原理：不能有兩個電子處于同樣的狀態(tài)；或者，電子的波函數(shù)是交換反對稱性的等效電子：n，l相同的電子稱作等效電子，或同科電子；同科電子形成原子態(tài)時，必須考慮Pauli原理的限制復(fù)雜原子的能級：位移律，奇偶多重態(tài)交替律，多于兩個電子的原子態(tài)的耦合方法原子的殼層結(jié)構(gòu)：殼層與支（次）殼層，各個量子數(shù)的物理意義由原子的殼層結(jié)構(gòu)確定原子的基態(tài)：1.S取最大值；2.L取最大值；3.按Hund定則判定J值。全同粒子的交換對稱性Pauli原理：不能有兩個電子處于同樣的50X射線X射線的產(chǎn)生：連續(xù)譜，軔致輻射標識譜Moseley定律，內(nèi)殼層電子躍遷殼層、能級和譜線的標記電離態(tài)的能級圖、X射線光譜線系的命名輻射躍遷的選擇定則：X射線的吸收：特征吸收，即吸收邊（限）X射線X射線的產(chǎn)生：51磁場中的原子原子的磁矩：電子的軌道磁矩、自旋磁矩，原子的有效總磁矩Landèg因子單電子原子LS耦合

磁場中的原子原子的磁矩：電子的軌道磁矩、自旋磁矩，原子的有效52原子與外磁場的作用總角動量不再守恒，Larmor進動總角動量取向的量子化磁相互作用致使能級分裂順磁共振：Zeeman效應(yīng)：弱磁場中Grotrain圖Paschen-Back效應(yīng)：強磁場中，不再有耦合原子與外磁場的作用總角動量不再守恒，Larmor進動53分子的結(jié)構(gòu)和光譜

分子軌道函數(shù)方法由原子的電子波函數(shù)構(gòu)建分子的電子波函數(shù)電子態(tài)能級雙原子分子的電子態(tài)：分子軸分子的結(jié)構(gòu)和光譜分子軌道函數(shù)方法54雙原子分子的振動光譜簡諧振子的量子化能量：更準確的表達式為振動光譜振動吸收譜雙原子分子的振動光譜簡諧振子的量子化能量：55雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜雙原子分子的轉(zhuǎn)動能級純轉(zhuǎn)動譜：躍遷的選擇定則相鄰譜線間隔轉(zhuǎn)動常數(shù)雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜雙原子分子的轉(zhuǎn)動能級轉(zhuǎn)動常