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1、原子物理學(xué)總結(jié)（甲型）原子物理學(xué)總結(jié)（甲型）物理實(shí)驗(yàn)物理模型基本原理基本方法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(jí)電子能級(jí)）分子作為一個(gè)整體有振動(dòng)（振動(dòng)能級(jí)振動(dòng)能級(jí)）和轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)）原子核由質(zhì)子和中子組成核子具有角動(dòng)量和磁矩核磁矩產(chǎn)生磁相互作用磁相互作用原子具有核核式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)電子在中心力場(chǎng)或近似中心力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)中心力場(chǎng)中心力場(chǎng)中的電子具有動(dòng)能動(dòng)能庫(kù)侖勢(shì)能庫(kù)侖勢(shì)能僅與距離有關(guān)（n）球諧函數(shù)是角動(dòng)量角動(dòng)量的本征函數(shù)，（l,ml）自旋（s,ms）產(chǎn)生磁相互作用磁相互作用中心力場(chǎng)中總角動(dòng)量（j）守恒原子物理學(xué)的特點(diǎn)原子物理屬于量子理論的范疇量子力學(xué)量子力學(xué)

2、（包括相對(duì)論量子力學(xué)與量子場(chǎng)論）追求理論體系的完備，與經(jīng)典物理涇渭分明原子物理原子物理的目標(biāo)是解決問題講求實(shí)用不排斥對(duì)經(jīng)典物理圖像的利用經(jīng)典物理圖像的利用物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)1.原子結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)原子結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)：Rutherford的粒子散射實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)2.原子能級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)原子能級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)（1）光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)：躍遷模型與原子光譜的組合法則（2）FrankHertz實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了原子內(nèi)部分立能級(jí)存在的另一種方法（3）X射線實(shí)驗(yàn)：軔致輻射與內(nèi)殼層電子躍遷物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)3.原子運(yùn)動(dòng)特征的實(shí)驗(yàn)原子運(yùn)動(dòng)特征的實(shí)驗(yàn)（1）SternGerlach實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了磁場(chǎng)中原子角動(dòng)量空間取向的量子性（原

3、子束、分子束實(shí)驗(yàn)原子束、分子束實(shí)驗(yàn)）（2）順磁共振，核磁共振實(shí)驗(yàn)（3）Zeeman效應(yīng)、順磁共振實(shí)驗(yàn)、核磁共振實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了原子的磁矩以及在外磁場(chǎng)中原子能級(jí)的分裂（4）Paschen-Back效應(yīng)：強(qiáng)磁場(chǎng)中，耦合不能發(fā)生，軌道、自旋磁矩獨(dú)立與外磁場(chǎng)作用物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)4.分子能級(jí)特征的實(shí)驗(yàn)分子能級(jí)特征的實(shí)驗(yàn)（1）紅外吸收光譜實(shí)驗(yàn)：振動(dòng)能級(jí)，轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)（2）分子吸收光譜實(shí)驗(yàn)：分子光譜的P、Q、R支，躍遷的選擇定則（3）拉曼散射實(shí)驗(yàn)：振動(dòng)能級(jí)，轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，分子與光子間的能量傳遞物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)5.微觀系統(tǒng)波粒二象性的實(shí)驗(yàn)微觀系統(tǒng)波粒二象性的實(shí)驗(yàn)：（1）黑體輻射（2）光電效應(yīng)（3）Compton散射實(shí)驗(yàn)：

4、證實(shí)了光的粒子性（4）DavisionGermer實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了電子的波動(dòng)性（5）薄膜電子衍射實(shí)驗(yàn)（6）電子干涉實(shí)驗(yàn)Rutherford原子模型原子模型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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：計(jì)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：Bohr氫原子模型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(xiàng)：Bohr模型的三個(gè)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(dòng)量量子化假設(shè)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(jí)：Rydberg常數(shù)：Bohr模型的應(yīng)用躍遷理論類

5、氫離子的光譜線系：半整數(shù)光譜線，譜線的藍(lán)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(shì)，電離電勢(shì)堿金屬原子的光譜線系量子力學(xué)初步量子力學(xué)初步波粒二象性，de Broglie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Schrdinger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(chǎng)中的球諧函數(shù)，角動(dòng)量及其量子數(shù)n，l，ml的意義單電子原子的光譜和能級(jí)單電子原子的光譜和能級(jí)堿金屬原子的四個(gè)光譜線系和能級(jí)光譜和能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)電子所感受到的 軌道運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)：電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩：電子的自旋：角動(dòng)量

6、，自旋磁矩：Bohr磁子 自旋-軌道相互作用軌道、自旋角動(dòng)量不再守恒總角動(dòng)量守恒磁相互作用使能級(jí)分裂：自旋向上或向下原子態(tài) 原子態(tài)的符號(hào)表示：輻射躍遷的選擇定則：氫能級(jí)與光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)：精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)：超精細(xì)結(jié)構(gòu)的能級(jí)和光譜計(jì)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(chǎng)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(dòng)量還包含核的自旋角動(dòng)量多電子原子多電子原子氦原子的光譜與能級(jí)：?jiǎn)沃貞B(tài)和三重態(tài)球?qū)ΨQ中心力場(chǎng)近似：角動(dòng)量的本征函數(shù)仍是球諧函數(shù)電子組態(tài)價(jià)電子的耦合（包括多個(gè)價(jià)電子的耦合）：角動(dòng)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：LS耦合的能級(jí)規(guī)則Hund規(guī)則（包括對(duì)于同

7、科電子的附加定則）（1）L相同的能級(jí)，S大的能級(jí)位置較低；（2）S相同的能級(jí)中，L大的能級(jí)位置較低（3）次殼層的電子數(shù)小于半滿時(shí)，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(shí)，J最大的能量最低。倒轉(zhuǎn)次序Land間隔定則：在多重態(tài)中，一對(duì)相鄰的能級(jí)之間的間隔與有關(guān)的兩個(gè)J之中較大的那個(gè)值成正比全同粒子的交換對(duì)稱性Pauli原理：不能有兩個(gè)電子處于同樣的狀態(tài)；或者，電子的波函數(shù)是交換反對(duì)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(shí)，必須考慮Pauli原理的限制復(fù)雜原子的能級(jí)：位移律，奇偶多重態(tài)交替律，多于兩個(gè)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（

8、次）殼層，各個(gè)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。X射射線線X射線的產(chǎn)生：連續(xù)譜，軔致輻射標(biāo)識(shí)譜Moseley定律，內(nèi)殼層電子躍遷殼層、能級(jí)和譜線的標(biāo)記電離態(tài)的能級(jí)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）磁場(chǎng)中的原子磁場(chǎng)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Land g因子單電子原子 LS耦合 原子與外磁場(chǎng)的作用總角動(dòng)量不再守恒，Larmor進(jìn)動(dòng)總角動(dòng)量取向的量子化磁相互作用致使能級(jí)分裂順磁共振：Zeeman效應(yīng)：弱磁場(chǎng)中Grotrain圖 Paschen-

9、Back效應(yīng)：強(qiáng)磁場(chǎng)中，不再有耦合分子的結(jié)構(gòu)和光譜分子的結(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(jí)雙原子分子的電子態(tài)：分子軸雙原子分子的振動(dòng)光譜簡(jiǎn)諧振子的量子化能量：更準(zhǔn)確的表達(dá)式為振動(dòng)光譜振動(dòng)吸收譜雙原子分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜雙原子分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)純轉(zhuǎn)動(dòng)譜：躍遷的選擇定則 相鄰譜線間隔 轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)P支、R支相對(duì)于v對(duì)稱分布振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜帶轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷選擇定則 J=1J2 J1=J2-1，R支，發(fā)射J2 J1=J2+1，P支，發(fā)射電子譜帶的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)如果分子的電子能量電子能量、振動(dòng)能量振動(dòng)能量、轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)能量量都發(fā)生改變，則躍遷產(chǎn)生電子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)譜帶譜帶，在可見和紫

10、外波段 由于是屬于不同電子能級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，所以上下能級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)B2、B1相差較大 電子譜帶的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)J=-1，P支，支，J2=J1-1J=0，Q支，支，J2=J1J=+1，R支，支，J2=J1+1拉曼散射（組合散射）散射機(jī)理：與分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，虛能級(jí)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(dòng)能級(jí)相關(guān)，等間隔譜帶小拉曼位移譜線：選擇定則2 4 6 8 10 1214 16 18B6 10 14 18B-18B -14 -10 -6-18B-16-14-12-10-8-6-4-2轉(zhuǎn)動(dòng)吸收譜帶拉曼散射譜帶斯托克斯線瑞利線反斯托克斯線4B12B4B分子拉曼散射躍遷的選擇定則分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的拉曼散射譜線S支 Q支 O支 B1=B210振動(dòng)能級(jí)間