原子物理學(xué)總復(fù)習(xí)

1、原子物理學(xué)總復(fù)習(xí),2014年,段正路,第一章 原子的基本狀況,重點：1，原子的核式結(jié)構(gòu)2，α粒子散射實驗的意義,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(zhì)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：,第二章 原子的能級和

2、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。,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,2、玻爾的氫原子理論,三個

3、基本假設(shè)：,⑴ 定態(tài)假設(shè)：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 = n h/2π ，n = 1、2、3…,三個結(jié)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(yīng)光譜項關(guān)系式：,兩個實驗：,1

4、、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(shè)。,第三章 量子力學(xué)基礎(chǔ),光的波粒二象性,微觀粒子的二象性,海森堡不確定關(guān)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

5、。,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(jié)構(gòu)的規(guī)律 3、電子自旋與軌道的相互作用規(guī)律,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(jié)構(gòu)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(guān)，還與l有關(guān)。原因： a. 原子實極化。 b. 軌道貫穿。,堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)的規(guī)律,主線系,四個線系,堿金

6、屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因,電子自旋,軌道角動量,自旋角動量,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(jié)構(gòu)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),0,1/2,1s,01,1/2

7、,½ 3/2,2s,2p , 2p,012,3s3p3d,1/2,½ 3/2,2/3 2/5,4.4 電子自旋同軌道運動的相互作用,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,1.氦和堿土金屬光譜規(guī)律,,2.電子組態(tài)的表示,1.兩套光譜線系，兩套能級,2.兩套能級間不產(chǎn)生躍

8、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(yīng)的能級；三重能級結(jié)構(gòu)中，同一 值的三個能級， 值大的能級低（倒轉(zhuǎn)次序）,簡記：,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)s=1，三重態(tài),洪特定則,朗德間隔定則,能級排布規(guī)則,j-j 耦合,j-j耦合下原子態(tài)標(biāo)記,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)

9、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:,（0 0除外）,,,或?qū)Q,二. 看具體的耦合形式,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(yīng),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

10、軌道磁矩+電子的自旋磁矩,原子的磁矩,1、單電子原子的磁矩,在LS耦合下原子總磁矩的計算公式,單電子原子總磁矩（有效磁矩）:,朗德因子,2、多電子原子的磁矩,L-S 耦合,j-j 耦合,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(yīng)的能級的光譜項變化為：,5、 塞曼效應(yīng),塞曼效應(yīng) — 在足夠強的外磁場中，原子光譜的譜線發(fā)生分裂，

11、分裂后的每條譜線都是偏振的。正常塞曼效應(yīng)：在塞曼效應(yīng)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(yīng)：譜線分裂的條數(shù)，間距和偏振情況與正常塞曼效應(yīng)不完全相同時。,塞曼效應(yīng)的解題思路： 應(yīng)掌握分析塞曼效應(yīng)、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

12、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）,— 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。,2. 鎘6438.47埃的塞曼效應(yīng),借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：,M 2

13、 1 0 -1 -2,M2g2 2 1 0 -1 -2,M1g1 1 0 -1,,,,,,,,,,,（M2g2 - M1g1）=,0 0 0,-1 -1 -1,1 1 1,第七章、原子的殼層結(jié)構(gòu),一、基本要求1

14、、理解元素性質(zhì)的周期性變化（反映出原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。,1、元素性質(zhì)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。,3、原子核外電子的殼層結(jié)構(gòu),電子殼層： K、L、M、N、O、P、Q對應(yīng)量子數(shù)n

15、： 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(yīng)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)。,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）。,第八章

16、 X射線,重點： X射線的基本性質(zhì) X射線的產(chǎn)生機制 與X射線相關(guān)的原子能級 康普頓散射,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(biāo)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(biāo)識譜兩部分組成。,各元素標(biāo)識譜有相似結(jié)構(gòu)，分為波長最短的K線系、L線系、M線系等。,一個實驗：康普頓效應(yīng),—康普頓公式,實驗過程，實驗結(jié)論，物理解釋，意義,X射線的吸收譜,朗伯

17、-比耳定律：,第九章、 原子核,重點：1、原子核的基本性質(zhì)2、原子核的放射衰變3、原子核反應(yīng),二、基本內(nèi)容,原子核的組成→ 質(zhì)子+中子,原子核的質(zhì)量 = 所有核子的質(zhì)量 – 相當(dāng)于所有核子結(jié)合能的數(shù)值。,原子核的角動量,原子核的磁矩,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(jié)合能,或,原子核的放射性衰變,,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(yīng)：