原子物理學(xué)總復(fù)習(xí)2014年年段正路段正路1第一章 原子的基本狀況重點：重點：1，原子的核式結(jié)構(gòu)，原子的核式結(jié)構(gòu)2，粒子散射實驗的意義粒子散射實驗的意義21、盧瑟福的原子核式模型、盧瑟福的原子核式模型2.粒子的散射粒子的散射實驗實驗：粒子被靜止核的庫侖場散射的角度由下式?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)，稱為原子核原子核。原子中的電子在核的周圍繞核運動。3.盧瑟福公式：盧瑟福公式：被散射到與粒子的初始運動方向成角的元立體角d內(nèi)的相對粒子數(shù)為：3第二章 原子的能級和輻射重點：重點：1、氫原子光譜的實驗規(guī)律。、氫原子光譜的實驗規(guī)律。2、玻爾的氫原子理論。、玻爾的氫原子理論。41、氫原子光譜的一般規(guī)律、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）光譜線系光譜線系52、玻爾的氫原子理論、玻爾的氫原子理論三個基本假設(shè)：定態(tài)假設(shè)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。頻率規(guī)則頻率規(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 角動量量子化條件角動量量子化條件：P=mrv=n h/2，n=1、2、36三個結(jié)論：三個結(jié)論：氫原子中電子的軌道半徑：氫原子的能級公式：n=1、2、3n=1、2、3 氫原子光譜：氫原子能級能量與對應(yīng)光譜項關(guān)系式：7兩個實驗：兩個實驗：1、夫蘭克夫蘭克赫茲實驗赫茲實驗 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、史特恩史特恩蓋拉赫實驗蓋拉赫實驗 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)。8第三章 量子力學(xué)基礎(chǔ)光的波粒二象性光的波粒二象性微觀粒子的二象性微觀粒子的二象性海森堡不確定關(guān)系海森堡不確定關(guān)系波函數(shù)波函數(shù)的統(tǒng)計解釋的統(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。9第四章第四章 堿金屬原子和電子自旋堿金屬原子和電子自旋重點：重點：1、堿金屬原子光譜的規(guī)律和能級、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、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、電子自旋與軌道的相互作用規(guī)律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 多電子原子結(jié)構(gòu)的價電子模型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。11堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)的規(guī)律堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)的規(guī)律主線系主線系第二輔線系第二輔線系（銳線系）（銳線系）第一輔線系第一輔線系（漫線系）（漫線系）柏格曼線系柏格曼線系（基線系）（基線系）四個線系四個線系堿金屬原子光譜堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因精細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因電子自旋電子自旋軌道角動量軌道角動量自旋角動量自旋角動量12自旋自旋 軌道耦合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自旋與軌道角動量耦合：精細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因：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（l0），j量子數(shù)取兩個可能值，故為雙層雙層。單電子輻射躍遷的選擇定則選擇定則：l=1，j=0，1原子態(tài)原子態(tài)符號符號重態(tài)數(shù)重態(tài)數(shù)13 n l j 價電子符號價電子符號 原子態(tài)符號原子態(tài)符號12301/21s011/2 3/2 2s2p,2p0123s3p3d1/2 3/2 2/3 2/54.4 電子自旋同軌道運動的相互作用電子自旋同軌道運動的相互作用14第五章第五章 多電子原子多電子原子重點：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151.1.氦和堿土金屬光譜規(guī)律氦和堿土金屬光譜規(guī)律2.2.電子組態(tài)的表示電子組態(tài)的表示 基態(tài)電子組態(tài)：基態(tài)電子組態(tài)：簡記：簡記：1.1.兩套光譜線系，兩套能級兩套光譜線系，兩套能級 2.2.兩套能級間不產(chǎn)生躍遷兩套能級間不產(chǎn)生躍遷 3.3.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；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，同一三重能級結(jié)構(gòu)中，同一 值的三個能級，值的三個能級，值大的能級值大的能級低（倒轉(zhuǎn)次序）低（倒轉(zhuǎn)次序）簡記：簡記：16L-S耦合總角動量總角動量LSLSLSLS耦合下的原子態(tài)符號表示耦合下的原子態(tài)符號表示耦合下的原子態(tài)符號表示耦合下的原子態(tài)符號表示:s=0，單重態(tài)，單重態(tài)s=1，三重態(tài)，三重態(tài)洪特定則洪特定則朗德間隔定則朗德間隔定則能級排布規(guī)則能級排布規(guī)則17j-j j-j j-j j-j 耦合耦合耦合耦合j-jj-jj-jj-j耦合下原子態(tài)標記耦合下原子態(tài)標記耦合下原子態(tài)標記耦合下原子態(tài)標記18泡利不相容原理泡利不相容原理 在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的狀態(tài)相同的狀態(tài)相同的狀態(tài)相同的狀態(tài)(完全相同的四個量子數(shù)完全相同的四個量子數(shù)完全相同的四個量子數(shù)完全相同的四個量子數(shù))。一一一一.躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的原子態(tài)間輻射躍遷的選擇定則輻射躍遷的選擇定則 j-jj-jj-jj-j耦合躍遷選擇定則耦合躍遷選擇定則耦合躍遷選擇定則耦合躍遷選擇定則:L-SL-SL-SL-S耦合躍遷選擇定則耦合躍遷選擇定則耦合躍遷選擇定則耦合躍遷選擇定則:（0 0除外）（0 00 0除外除外）或?qū)Q或?qū)Q或?qū)Q或?qū)Q二二二二.看具體的耦合形式看具體的耦合形式看具體的耦合形式看具體的耦合形式19第六章第六章 在磁場中的原子在磁場中的原子一、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)20軌道運動：軌道運動：自旋運動：自旋運動：原子的磁矩原子的磁矩=電子的軌道磁矩電子的軌道磁矩+電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩+原子核的磁矩原子核的磁矩 電子的軌道磁矩電子的軌道磁矩+電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩原子的磁矩211 1、單電子原子的磁矩、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）單電子原子總磁矩（有效磁矩）單電子原子總磁矩（有效磁矩）單電子原子總磁矩（有效磁矩）:朗德因子朗德因子朗德因子朗德因子 222 2、多電子原子的磁矩、多電子原子的磁矩L-S L-S 耦合耦合j-j j-j j-j j-j 耦合耦合耦合耦合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在外磁場中在外磁場中在外磁場中,原子的能級分裂成原子的能級分裂成原子的能級分裂成原子的能級分裂成 個個個個,間隔為間隔為間隔為間隔為-洛倫茲單位與能量變化與能量變化E對應(yīng)的能級的光譜項變化為：對應(yīng)的能級的光譜項變化為：245、塞曼效應(yīng)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，分裂后的每條譜線都是偏振的。正常塞曼效應(yīng)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，都是線偏振光（電矢量垂直于外磁場）。反常塞曼效應(yīng)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。25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）26 洛侖茲單位畫出能級圖和能級躍遷圖。塞曼躍遷的選擇定則：M=0 產(chǎn)生光。M=1 產(chǎn)生光。272.2.鎘鎘鎘鎘6438.476438.476438.476438.47埃的塞曼效應(yīng)埃的塞曼效應(yīng)埃的塞曼效應(yīng)埃的塞曼效應(yīng)這條線對應(yīng)的躍遷是這條線對應(yīng)的躍遷是這條線對應(yīng)的躍遷是這條線對應(yīng)的躍遷是1D21P11P11D2L S J M g Mg2 0 2 0，1，2 1 21 0 1 0，1 1 1 28借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：借助格羅春圖計算波數(shù)的改變：M 2 1 0 -1 -2 M2g2 2 1 0 -1 -2M1g1 1 0 -1（M2g2-M1g1）=0 0 0-1-1-11 1 129第七章、原子的殼層結(jié)構(gòu)第七章、原子的殼層結(jié)構(gòu)一、基本要求1、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)。301、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。313、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：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)。322.確定原子基態(tài)光譜項的簡易方法確定原子基態(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）。33第八章第八章 X X射線射線重點：重點：X射線的基本性質(zhì)射線的基本性質(zhì) X射線的產(chǎn)生機制射線的產(chǎn)生機制 與與X射線相關(guān)的原子能級射線相關(guān)的原子能級 康普頓散射康普頓散射34布拉格方程布拉格方程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(jié)構(gòu)，分為波長最短的K線系、L線系、M線系等。35一個實驗：康普頓效應(yīng)一個實驗：康普頓效應(yīng)康普頓公式康普頓公式實驗過程，實驗結(jié)論，物理解釋，意義實驗過程，實驗結(jié)論，物理解釋，意義 X X X X射線的吸收譜射線的吸收譜射線的吸收譜射線的吸收譜朗伯朗伯朗伯朗伯-比耳定律：比耳定律：比耳定律：比耳定律：36第九章、第九章、原子核原子核重點：重點：1、原子核的基本性質(zhì)、原子核的基本性質(zhì)2、原子核的放射衰變、原子核的放射衰變3、原子核反應(yīng)、原子核反應(yīng)37二、基本內(nèi)容二、基本內(nèi)容原子核的符號表示：原子核的符號表示：原子核的符號表示：原子核的符號表示：Z Z Z Z：質(zhì)子數(shù)：質(zhì)子數(shù)：質(zhì)子數(shù)：質(zhì)子數(shù) A:A:A:A:質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)原子核的組成原子核的組成原子核的組成原子核的組成 質(zhì)子質(zhì)子質(zhì)子質(zhì)子+中子中子中子中子原子核的質(zhì)量原子核的質(zhì)量原子核的質(zhì)量原子核的質(zhì)量 =所有核子的質(zhì)量所有核子的質(zhì)量所有核子的質(zhì)量所有核子的質(zhì)量 相當(dāng)于所有核子結(jié)合能相當(dāng)于所有核子結(jié)合能相當(dāng)于所有核子結(jié)合能相當(dāng)于所有核子結(jié)合能的數(shù)值。的數(shù)值。的數(shù)值。的數(shù)值。原子核的角動量原子核的角動量原子核的磁矩原子核的磁矩38原子核的統(tǒng)計性：原子核的統(tǒng)計性：A為奇數(shù)的原子核屬于費米子；為奇數(shù)的原子核屬于費米子；A為偶為偶數(shù)的原子核屬于玻色子。數(shù)的原子核屬于玻色子。原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能或或原子核的放射性衰變原子核的放射性衰變原子核的放射性衰變原子核的放射性衰變39 核力的介子論核力的介子論：核子之間通過交換介子而相互作用，介子是核力場的量子。原子核反應(yīng)：原子核反應(yīng)：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(yīng)能反應(yīng)能反應(yīng)能反應(yīng)能Q Q40功夫在平時，考場別作弊！別留空白題！別交空白卷！41祝大家：成績?nèi)缫猓?2