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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(diǎn)：1，原子的核式結(jié)構(gòu)2，粒子散射實(shí)驗(yàn)的意義,1、盧瑟福的原子核式模型,2. 粒子的散射實(shí)驗(yàn)：,粒子被靜止核的庫(kù)侖場(chǎng)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(gè)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(yùn)動(dòng)。,3. 盧瑟福公式：,被散射到與粒子的初始運(yùn)動(dòng)方向成角的元立體角d內(nèi)的相對(duì)粒子數(shù)為：,第二章 原子的能級(jí)和輻射,重點(diǎn)： 1、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律是：,R 里德堡常數(shù)；T(m) 光譜項(xiàng)。,

2、m = 1，n = 2、3、4，賴曼系（紫外）,m = 2，n = 3、4、5，巴爾末系（可見(jiàn)光）,m = 3，n = 4、5、6，帕邢系（紅外）,m = 4，n = 5、6、7，布喇開(kāi)系（遠(yuǎn)紅外）,光譜線系,2、玻爾的氫原子理論,三個(gè)基本假設(shè)：, 定態(tài)假設(shè)：電子在符合量子條件的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子 具有一定能量而不發(fā)生輻射。, 頻率規(guī)則：電子從能量En的定態(tài)躍遷到Em時(shí)，原子輻射 光子，其頻率, 角動(dòng)量量子化條件：P= mrv = n h/2 ，n = 1、2、3,三個(gè)結(jié)論：, 氫原子中電子的軌道半徑：, 氫原子的能級(jí)公式：,n = 1、2、3,n = 1、2、3, 氫原子光譜：,氫原子能級(jí)能

3、量與對(duì)應(yīng)光譜項(xiàng)關(guān)系式：,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：,1、夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) 物理意義：為原子的量子化能級(jí)的存在給出了直接的 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2、史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn) 史特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 （1）角動(dòng)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)的統(tǒng)計(jì)解釋：波函數(shù)模的平方代表某時(shí)刻t在空間某點(diǎn)附近單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)粒子的概率， 即 代表概率密度。,第四章 堿金屬原子和電子自旋,重點(diǎn)： 1、堿金屬原子光譜的規(guī)律和能級(jí) 2、堿金屬原子光譜精細(xì)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(xiàng),堿金屬原子定態(tài)的能級(jí),2、堿金屬原

4、子光譜規(guī)律的解釋, 多電子原子結(jié)構(gòu)的價(jià)電子模型堿金屬原子能級(jí)簡(jiǎn)并解除，能量不僅與n有關(guān)，還與l有關(guān)。原因： a. 原子實(shí)極化。 b. 軌道貫穿。,堿金屬原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的規(guī)律,主線系,四個(gè)線系,堿金屬原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因,電子自旋,軌道角動(dòng)量,自旋角動(dòng)量,自旋 軌道耦合,自旋磁矩與軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用引起的能量修正項(xiàng)是：,自旋與軌道角動(dòng)量耦合：,精細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因：對(duì)于S態(tài)電子（l=0），j量子數(shù)取唯一值1/2，故為單層。對(duì)于p、d、f等電子（l0），j量子數(shù)取兩個(gè)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(hào),重態(tài)數(shù),0,1/2,1s,01,1/2,

5、 3/2,2s,2p , 2p,012,3s3p3d,1/2, 3/2,2/3 2/5,4.4 電子自旋同軌道運(yùn)動(dòng)的相互作用,第五章 多電子原子,重點(diǎn)： 1、氦和堿土金屬的光譜的一般規(guī)律 2、兩個(gè)價(jià)電子的角動(dòng)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(jí),2.兩套能級(jí)間不產(chǎn)生躍遷,3.電子組態(tài)相同的，三重態(tài)能級(jí)總低于單一態(tài)相應(yīng)的能級(jí)；三重能級(jí)結(jié)構(gòu)中，同一 值的三個(gè)能級(jí)， 值大的能級(jí)低（倒轉(zhuǎn)次序）,簡(jiǎn)記：,L-S耦合,總角動(dòng)量,LS耦合下的原子態(tài)符號(hào)表示:,s=0，單重態(tài)s=1，三重態(tài),洪

6、特定則,朗德間隔定則,能級(jí)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(gè)原子中，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的狀態(tài)(完全相同的四個(gè)量子數(shù))。,一. 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,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(chǎng)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(jì)算公式3、理解在外磁場(chǎng)中原子能級(jí)的分裂4、理解斯特恩 蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的解釋5、確切理解塞曼效應(yīng),軌道運(yùn)動(dòng)：,自旋運(yùn)動(dòng)：,原子的磁矩=電子的軌道磁矩+電子的自旋

7、磁矩+原子核的磁矩,電子的軌道磁矩+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(jì)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(chǎng)中原子能級(jí)的分裂,在外磁場(chǎng)中原子能量計(jì)算公式,拉莫爾旋進(jìn),在外磁場(chǎng)中,原子的能級(jí)分裂成 個(gè),間隔為,-洛倫茲單位,與能量變化E對(duì)應(yīng)的能級(jí)的光譜項(xiàng)變化為：,5、 塞曼效應(yīng),塞曼效應(yīng) 在足夠強(qiáng)的外磁場(chǎng)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)：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(zhǎng)不變（稱為線偏振光，電矢量平行于外磁場(chǎng)），另外兩條

8、的波數(shù)與原波數(shù)之差都等于一個(gè)洛侖茲單位，分列兩邊，都是線偏振光（電矢量垂直于外磁場(chǎng)）。,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(shí)。,塞曼效應(yīng)的解題思路： 應(yīng)掌握分析塞曼效應(yīng)、計(jì)算、作圖的基本方法?；静襟E 1， 計(jì)算原譜線躍遷初、末態(tài)的朗德因子g1和g2 2，列表計(jì)算可能的 值 3，計(jì)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(huà)出能級(jí)圖和能級(jí)躍遷圖。,塞曼躍遷的選擇定則：,M = 0 產(chǎn)生光。M = 1 產(chǎn)生光。,2. 鎘6438.47埃的塞曼效應(yīng),借助格羅春圖計(jì)算波數(shù)的改變：,M 2 1 0 -1 -2,M2g2 2 1 0 -1 -2,M1g

9、1 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、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(gè)量子數(shù)：n；l；ml；ms。不能有兩個(gè)電子具有完全相同的四個(gè)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(duì)應(yīng)量子數(shù)n： 1、2、3、4、 5、6、7每個(gè)電子殼層能容納的最多電子數(shù)為

10、2n2。 次殼層： S、P、d、f 對(duì)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(gè)周期原子基態(tài)的電子組態(tài)。,2.確定原子基態(tài)光譜項(xiàng)的簡(jiǎn)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(xiàng)）。,第八章 X射線,重點(diǎn)： X射線的基本性質(zhì) X射線的產(chǎn)生機(jī)制 與X射線相關(guān)的原子能級(jí) 康普頓散射,布拉格方程,1，X射線連續(xù)譜發(fā)射機(jī)制：軔致輻射2，X射線標(biāo)識(shí)譜發(fā)射機(jī)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(shí)譜兩部分組成。,各元素標(biāo)識(shí)譜有相似結(jié)構(gòu)，

11、分為波長(zhǎng)最短的K線系、L線系、M線系等。,一個(gè)實(shí)驗(yàn)：康普頓效應(yīng),康普頓公式,實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)論，物理解釋，意義,X射線的吸收譜,朗伯-比耳定律：,第九章、 原子核,重點(diǎn)：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(dòng)量,原子核的磁矩,原子核的統(tǒng)計(jì)性：A為奇數(shù)的原子核屬于費(fèi)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(guò)交換介子而相互作用，介子是核力場(chǎng)的量子。,原子核反應(yīng)：原子核受一個(gè)粒子撞擊后而放出一個(gè)或幾個(gè)粒子的過(guò)程。,反應(yīng)能Q,功夫在平時(shí)，考場(chǎng)別作弊！別留空白題！別交空白卷！,祝大家：,成績(jī)?nèi)缫猓?謝謝觀看！2020,