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原子物理復(fù)習(xí)一、考試范圍:教學(xué)大綱;課堂所講;二、題目類型:填空、選擇、計(jì)算;三、考試形式:閉卷;四、考試時(shí)間:1月18日,14:30-16:30

考試地點(diǎn):南山綜合樓A205五、注重考察基本概念、基本規(guī)律與基本方法;給出計(jì)算需要的基本常數(shù)。五、內(nèi)容提要:第一章原子的基本狀況一原子的質(zhì)量和大小1.質(zhì)量

2.大小,數(shù)量級(jí):二原子的組成

1.電子

2.原子核質(zhì)子中子三.盧瑟福散射實(shí)驗(yàn)第二章原子的能級(jí)與輻射一.玻爾理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1.光的量子理論2.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律量子化規(guī)律輻射的頻率法則二.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.光譜2.氫原子光譜的特點(diǎn)和規(guī)律線狀光譜:譜線有線系,可表示三.玻爾的氫原子理論1.經(jīng)典理論遇到的困難2.玻爾理論的三個(gè)假定3.對(duì)氫原子的能級(jí)以及光譜的解釋

能級(jí)圖及其特點(diǎn);電離和激發(fā)四.類氫離子光譜(討論E和與z和m的關(guān)系)1.由z的不同引起的光譜的差別(與氫比)

2.由m的不同引起的光譜的差別(位移)

五.原子能量量子化的進(jìn)一步驗(yàn)證

-------夫蘭克─赫茲實(shí)驗(yàn)六.理論的推廣─-索末菲模型1.推廣的量子化條件:2.電子運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道及其能量:

(簡(jiǎn)并)主量子數(shù),同一,有個(gè)七.軌道取向的量子化與史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)1.軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩.2.磁矩在磁場(chǎng)中的受力3.軌道取向的量子化理論

假定處在磁場(chǎng)中的原子的磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)是繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng),變?yōu)槿S運(yùn)動(dòng),,有3個(gè)量子化條件.,,由于取整,所以可取,對(duì)于一個(gè),有個(gè).4.史特恩-蓋拉茲實(shí)驗(yàn)

一.物質(zhì)的波粒二象性及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

第三章量子力學(xué)初步電子的衍射驗(yàn)驗(yàn)二.不確定關(guān)系及其物理實(shí)質(zhì)(波動(dòng)性)

微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不可能同時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。三.波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)意義

1.自由粒子的波函數(shù)為普朗克常數(shù)

表示t時(shí)刻、(x、y、z)處發(fā)現(xiàn)粒子的幾率密度。滿足歸一化。

2.波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋-波函數(shù)模的平方3.波函數(shù)滿足的條件:?jiǎn)沃?、連續(xù)、有限四.薛定諤波動(dòng)方程

1.一般方程1.定態(tài)方程E與t無關(guān)五.量子力學(xué)對(duì)氫原子的處理2.能量量子化主量子數(shù)——主量子數(shù)n和能量有關(guān)

n=1,2,3,……1.波函數(shù)3.角動(dòng)量量子化原子中電子的軌道角動(dòng)量大小為4.角動(dòng)量的空間量子化

電子的軌道角動(dòng)量在Z方向的分量是磁量子數(shù)ml——決定軌道角動(dòng)量在Z方向投影對(duì)同一個(gè)l

角動(dòng)量Z方向分量可能有

2l+1個(gè)不同值角量子數(shù)l——決定電子的軌道角動(dòng)量的大小5.量子力學(xué)與玻爾理論的比較第四章堿金屬原子與電子自旋一.堿金屬原子光譜的特點(diǎn)和規(guī)律1.光譜

2.能級(jí)二.原子實(shí)極化和軌道貫穿三.堿金屬原子的光譜和能級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)1.光譜2.能級(jí):s單層;p,d,f等為雙層.

四.(理論解釋)自旋與軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用1.自旋概念的提出以及自旋特性:,,,,2.自旋角動(dòng)量與軌道角動(dòng)量之間的耦合(磁相互作用)3.自旋與軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用結(jié)果4.單電子原子的光譜和能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)電子態(tài)的表示:s,p,d,f…對(duì)應(yīng)軌道角動(dòng)量0,1,2,3…能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu):雙層能級(jí)的相同,不同躍遷選擇定則()第五章多電子原子一雙電子原子光譜和能級(jí)特點(diǎn)1.氦原子光譜:有兩套,單線系與復(fù)雜線系能級(jí):?jiǎn)螌幽芗?jí)和三層能級(jí),相互間不躍遷2.

鎂及其它雙電子原子與氦類似2.電子組態(tài)構(gòu)成的原子態(tài)二雙電子原子光譜和能級(jí)解釋1.電子組態(tài):電子所處狀態(tài)的標(biāo)志a.單電子:nl,n和l均影響原子能量b.雙電子:

二個(gè)n和二個(gè)l均影響原子能量c.n不同,能級(jí)差別大;相同的n,不同的l,能級(jí)差別較小;相同n,l,不同j,能級(jí)差別最小a.單電子組態(tài):自旋與軌道相互作用,能級(jí)分裂為二個(gè),原子態(tài)三.LS耦合b.雙電子組態(tài):兩自旋與兩軌道間有6種相互作用,能級(jí)分裂為多個(gè)1.自旋角動(dòng)量

2.軌道角動(dòng)量

3.總角動(dòng)量

4.原子態(tài)a.洪特定則(適用于LS偶合):從同一電子組態(tài)形成的能級(jí)中a.重?cái)?shù)越高,能級(jí)越低(S越大,能級(jí)越低);b.重?cái)?shù)相同,L越大,能級(jí)越低(同S,L越大,能級(jí)越低);c.相同的L和S,J值越大,能級(jí)越低(反常次序),J值越小,能級(jí)越低(正常次序).5.洪特定則和朗德間隔定則b.朗德間隔定則在一個(gè)多重能級(jí)的結(jié)構(gòu)中,能級(jí)的兩相鄰間隔同有關(guān)的二J值中較大的那一值成正比.四.JJ耦合1.單個(gè)電子的總角動(dòng)量2.兩個(gè)價(jià)電子的總角動(dòng)量3.JJ耦合下的原子態(tài)表示:五.LS耦合與JJ耦合的比較:1.原子態(tài)的個(gè)數(shù)和總角動(dòng)量量子數(shù)相同;2.表示方法不同,能級(jí)間隔不同.3.角動(dòng)量間的相互作用,一般為L(zhǎng)S耦合,但在重原子或高激發(fā)態(tài)原子中,通常為JJ耦合。六.泡利原理與同科電子1.泡利原理:不能有兩個(gè)電子處于同一狀態(tài).標(biāo)志電子狀態(tài)的量子數(shù):n,l,ml,s,msn:主量子數(shù)

,l:角量子數(shù),ml:軌道磁量子數(shù),s:自旋量子數(shù),ms:自旋磁量子數(shù),不可能有兩個(gè)電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)n,l,ml,ms。2.同科電子概念:n,l相同的電子,叫同科電子.同科電子形成的原子態(tài)比非同科電子形成的原子態(tài)數(shù)少

1.基本方法:在LS耦合和JJ耦合下,序數(shù)為Z+1的原子的原子態(tài)可以用原子序數(shù)為Z的原子的原子態(tài)與增加的一個(gè)電子的電子態(tài)耦合起來,形成Z+1個(gè)電子體系的原子態(tài)。七.多電子原子的原子態(tài)2.洪特定則,朗德間隔定則,能級(jí)正、反序問題在LS耦合下,洪特定則,朗德間隔定則仍然適用;(2)能級(jí)次序:一個(gè)次殼層滿額的半數(shù)以上(未滿額)的價(jià)電子構(gòu)成的能級(jí)一般為倒序;少于滿額半數(shù)的價(jià)電子構(gòu)成的能級(jí)一般為正序(J值越小,能級(jí)越低)。3.殼層:根據(jù)n的不同,將核外電子看作分布在不同的殼層。次殼層:在一個(gè)殼層中,根據(jù)l的不同,將電子看作在不同次殼層中,每一個(gè)次殼層(n,l相同)由同科電子構(gòu)成在每一個(gè)次殼層,能容納的滿額的電子數(shù)為:4l+2

1.單電子原子八.輻射躍遷的選擇定則

2多電子原子1.宇稱相反原則:原子輻射躍遷必須滿足2.具體能級(jí)間的躍遷a.LS耦合b.JJ耦合第六章磁場(chǎng)中的原子一原子的磁矩1.單電子原子的磁矩

2.多電子原子的磁矩

電子軌道磁矩電子自旋磁矩電子的總磁矩二.外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用力矩2.作用能量:

三.外磁場(chǎng)對(duì)原子的作用實(shí)驗(yàn)1.史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)1.磁矩在磁場(chǎng)中的旋進(jìn)旋進(jìn)頻率2J+1個(gè)值,等間距,2J+1個(gè)值,等間距3.塞曼效應(yīng)(1)把光源放在足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)中時(shí),原來的一條譜線會(huì)分裂成幾條,且具有偏振特性。2.順磁共振實(shí)驗(yàn):a.波數(shù)改變(2)正常塞曼效應(yīng):一分為三,等間距,間距為(3)理論解釋—洛倫茲單位b.選擇定則與偏振性c.格羅春圖法第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)一、元素周期表1.元素周期律(按z排列)2.元素周期表(7個(gè)周期,8個(gè)主族)二、原子的電子殼層結(jié)構(gòu)1.原子中電子狀態(tài)的描述()與殼層結(jié)構(gòu)2.各殼層中電子排布必須遵循的定律(1)泡利不相容原理(2)能量最低原理4.電子在殼層中的填充次序3.各殼層中電子的分布數(shù)5.元素周期表中的原子基態(tài)(組態(tài),原子態(tài))(1)

具有滿殼層和滿次殼層結(jié)構(gòu)的原子基態(tài)原子態(tài)為。(2)具有未滿殼層和次殼層結(jié)構(gòu)的原子基態(tài)原子態(tài)的確定,僅考慮未滿殼層和未滿次殼層上電子的排布。

(3)

圖示法

①先制作一張有l(wèi),ml,m

量子數(shù)的表

ll-1…0…-l+1-l1/2-1/2mlms②填電子a)電子先搶占ms=1/2的空格,使(洪特定則)

b)在上面情況下,電子盡可能占據(jù)ml大的空格,使最大(洪特定則:S大能量低、L大能量低)

c)如果電子超過半滿,J=L+S,倒序(J大,E低)如果電子小于半滿,J=|L-S|,正序(J大,E高)③根據(jù)上面得出的L,S,J,寫出原子態(tài)第八章X射線一、X射線的產(chǎn)生與觀測(cè)1.X射線管2.X射線衍射方程:二、X射線光譜的特點(diǎn)和產(chǎn)生原因1.連續(xù)譜:軔致輻射,最短波長(zhǎng)2.標(biāo)識(shí)譜:內(nèi)層電子躍遷,

莫塞萊公式三.康普頓效應(yīng)

1.定性解釋:光子與電子的碰撞,自由電子與束縛電子

2.定量解釋:

—康普頓公式康普頓波長(zhǎng)3.意義:驗(yàn)證光量子性,測(cè)h第十章原子核一、原子核的基本性質(zhì)1.原子核的電荷:q=+Ze2.原子核的組成:質(zhì)子3.原子核的質(zhì)量:

中子核子A=Z+N核素4.原子核的大小(半徑):

5.原子核的角動(dòng)量與磁矩

6.原子核的電四極勢(shì)

7.原子核的統(tǒng)計(jì)性:質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)的核是玻色子;質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的核是費(fèi)米子。

8.原子核宇稱:取決于核子角動(dòng)量量子數(shù)之和奇、偶性

二、原子核的結(jié)合能1.原子核的結(jié)合能:核子結(jié)合成原子核放出的能量2.質(zhì)量虧損:3.原子核結(jié)合能的計(jì)算4.平均結(jié)合能(比結(jié)合能)平均結(jié)合能大的原子核穩(wěn)定三、原子核的放射性衰變放射性衰變及其分類:

(1)放射性衰變:元素?cái)?shù)量自發(fā)地逐漸減少

(2)放射性衰變分類:—統(tǒng)計(jì)規(guī)律

2.衰變規(guī)律λ

標(biāo)志衰變的快慢4.半衰期5.平均壽命3.衰變常數(shù):6.放射性應(yīng)用舉例:推斷年代(計(jì)算核素的放射時(shí)間)7.α衰變衰變能Ed——衰變過程所釋放的能量α衰變的條件:8.衰變與內(nèi)變換衰變:原子核通過發(fā)射光子從激發(fā)態(tài)躍遷到較低能態(tài)的過程

內(nèi)變換:原子核直接將激發(fā)能交給核外電子使它離開原子的現(xiàn)象;釋放出來的電子叫內(nèi)變換電子,其能量為:1)-衰變衰變能衰變條件:9.衰變2)+衰變衰變能衰變條件:原子核俘獲一個(gè)核外K層上的電子,核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶樱瑫r(shí)放出一個(gè)中微子的過程。3)K電子俘獲衰變能:-第i層電子的結(jié)合能。衰變條件:四、核力與核結(jié)構(gòu)模型1.核力的基本性質(zhì)及其作用機(jī)制:

(1)基本性質(zhì):

短程性(在極短程內(nèi)為斥力);飽和性;強(qiáng)力性;與電荷無關(guān)。(2)核子間交換π介子

2.核結(jié)構(gòu)模型

(1)費(fèi)米氣體模型五、原子核反應(yīng)

(3)殼層模型

(2)液滴模型

(4)集體運(yùn)動(dòng)模型1.核反應(yīng):用具有一定能量的粒子轟擊原子核,使其放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞?2.核反應(yīng)過程中的守恒定律動(dòng)量守恒:即反應(yīng)前后體系的總動(dòng)量不變。電荷守恒質(zhì)量數(shù)守恒能量守恒3.反應(yīng)機(jī)制:直接反應(yīng);復(fù)合核反應(yīng);光學(xué)模型4.反應(yīng)過程:獨(dú)立粒子;復(fù)合核;分離5.反應(yīng)類型:裂變;聚變6、核反應(yīng)中的能量(1)反應(yīng)能:反應(yīng)前后系統(tǒng)的動(dòng)能之差,用Q

表示。靜質(zhì)量動(dòng)能能量守恒:(2).核反應(yīng)閾能

閾能:激發(fā)原子核反應(yīng)的撞擊粒子必須具有的最低能量。放能核反應(yīng):吸能核反應(yīng):7、反應(yīng)截面實(shí)質(zhì):?jiǎn)蝹€(gè)入射粒子束和一個(gè)靶核發(fā)生反應(yīng)的幾率。微分反應(yīng)截面8、裂變:重核分裂為輕核,同時(shí)釋放出能量。(2)激活能(Ef)條件:結(jié)合能和中子動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合核的激發(fā)能當(dāng)時(shí)裂變就可發(fā)生,反之則不行。(1)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件:增值因子9、聚變:

(1)多個(gè)輕核結(jié)合到一起形成平均結(jié)合能大的原子核,同時(shí)釋放能量的過程。(2)聚變反應(yīng)的困難

(3)熱核反應(yīng)機(jī)制:(4)聚變能的利用:氫彈;可控?zé)岷司圩儯?)裂變能的利用:原子彈;核反應(yīng)堆一、粒子的分類1、規(guī)范粒子:是傳遞相互作用的媒介。

光子、膠子g、中間玻色子W±和Z0

。(玻色子J=1)2、輕子:參與弱相互作用,帶電的粒子也參與電磁作用。3、強(qiáng)子:(重子和介子)

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