原子物理学及量子力学共154页
原子物理和量子力学
原子物理与量子力学习题参考答案
目录
原子物理学（褚圣麟编） (1)
第一章原子的基本状况 (1)
7．α粒子散射问题（P21） (1)
第二章原子的能级和辐射 (1)
5．能量比较（P76） (1)
7．电子偶素（P76） (1)
8．对应原理（P77） (1)
9．类氢体系能级公式应用（P77） (1)
11．Stern-Gerlach实验（P77） (2)
第三章量子力学初步 (2)
3．de Broglie公式（P113） (2)
第四章碱金属原子 (2)
2．Na原子光谱公式（P143） (2)
4．Li原子的能级跃迁（P143） (2)
7．Na原子的精细结构（P144） (2)
8．精细结构应用（P144） (3)
第五章多电子原子 (3)
2．角动量合成法则（P168） (3)
3．LS耦合（P168） (3)
7．Landé间隔定则（P169） (4)
第六章磁场中的原子 (4)
2．磁场中的跃迁（P197） (4)
3．Zeeman效应（P197） (4)
7．磁场中的原子能级（P197） (5)
8．Stern-Gerlach实验与原子状态（P197） (5)
10．顺磁共振（P198） (5)
第七章原子的壳层结构 (6)
3．原子结构（P218） (6)
第八章X射线 (6)
2．反射式光栅衍射（P249） (6)
3．光栅衍射（P249） (6)
量子力学教程（周世勋编） (7)
第一章绪论 (7)
1.1 黑体辐射（P15） (7)
1.4 量子化通则（P16） (7)
第二章波函数和Schrödinger方程 (8)
2.3 一维无限深势阱（P52） (8)
原子物理讲义 第三章 量子力学导论
第三章 量子力学导论（YCS ）
19世纪末的三大发现(1896年发现放射性，1897年发现电子，1900年提出量子化概念)为近代物理学的序幕。1905年爱因斯坦在解释光电效应时提出光量子概念，1913年玻尔将普朗克-爱因斯坦量子概念用于卢瑟福模型，提出量子态观念，成功地解释了氢光谱。此外，利用泡利1925年提出的不相容原理和同年乌仑贝克、古兹米特提出的电子自旋假说，可很好地解释元素周期性、塞曼效应的一系列实验事实。至此形成的量子论称为旧量子论，有严重的缺陷。
在“物质粒子的波粒二象性”思想的基础上，于1925-1928年间由海森堡、玻恩、薛定谔、狄拉克等人建立了量子力学，它与相对论成了近代物理学的两大理论支柱。
量子力学的本质特征在1927年海森堡提出的不确定关系中得到明确的反映，它是微观客体波粒二象性的必然结果。量子力学的主要内容：1)相关的几个重要实验；2)有别于经典物理的新思想；3)解决具体问题的方法。
§3-1玻尔理论的困难
玻尔理论将微观粒子视为经典力学中的质点，把经典力学的规律用于微观粒子，使其理论中有难以解决的内在矛盾，故有重大缺陷。如：为什么核与电子间的相互作用存在，但处于定态的加速电子不辐射电磁波？电子跃迁时辐射（或吸收）电磁波的根本原因何在？……（薛定谔的非难“糟透的跃迁”：在两能级间跃迁的电子处于什么状态？）
玻尔理论在处理实际问题时也“力不从心”，如无法解释氢光谱的强度及精细结构，无法解释简单程度仅次于氢原子的氦光谱，无法说明原子是如何组成分子及构成液体和固体。……
§3-2波粒二象性
原子物理学
A．4:1
B. 2 :2
C.1:4
D.1:8
4.原子核式结构模型的提出是根据 粒子散射实验中 粒
子的______。
5. 原子核式结构模型的提出是根据 粒子散射实验中
A.绝大多数 粒子散射角接近 180 B. 粒子只偏 2 ～3
C.以小角散射为主也存在大角散射 D.以大角散射为主
也存在小角散射
6.如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质
二、原子的大小
最简单的方法是根据原子量和晶体的密度估计。设某原子量为 A
的原子组成的晶体密度为 （克/厘米 3），如果认为原子在晶体
中是密排的小球，且略去间隙，则 1mol 该原子（个数为 N0）的 总质量为 A 克，
则
4 3
r
3
N0
A
r
3A
4 N0
根据此式可以求得rLi 1.6109 m ，rCu 1.4109 m L L
1、金箔中是否存在原子核前后遮掩问题；
2、 粒子是通过一次散射穿过金箔的吗？
3、电子对散射有没有影响。
关于第一个问题
金箔是很薄的，厚度可薄到5107 m 表面上看有上
金原子的直径只有31010 m
千个原子那么厚
原子核是原子的 1/100000～1/10000
一栋立方体楼房，长 50 米，他的万分之一是 0.005 米=0.5 厘米， 大约为一个黄豆粒那么大，一栋楼房代表一个原子，在其中放 一个黄豆粒代表原子核，
《原子物理与量子力学》第2章 玻尔的旧量子论
电子作圆周运动的频率：
v1
e2
e
1
f 2πr 2πr
4π0mer 2π
4π 0 me r 3
经典电动力学的结果：整个原子坍塌。 玻尔假定之一：电子的轨道运动不会发生电磁辐射，而
是稳定地处在相应的能量状态上，该状态为定态。
第二部曲——频率条件 玻尔假定之二：电子可以从一个定态跃迁到另一个定态轨 道上，并吸收或发出能量为hν的光子，并满足：
n ——主量子数
总能量
En
Z 2me
(4π 0 )2
e4 2
2
n
2
Z 2
Rhc n2
二、相对论修正
Ek
m0c
2
1
1 2
1
——动能
势能
E
Ek
Ze2
4π 0r
——类氢离子的能量
rn
4π 02
me2
n2 Z
——圆轨道半径
Ze2
4π 0rn
Z 2e2me2
(4π 0 )2 2n2
Z2 n2
e
4π 0c
（1）氢原子光谱 里德伯常数的验证
理论值
R
2π 2e 4 m4
(4π0 )2 ch3
109737.315cm-1
实验测量值 RH 109677.58cm1
原子物理学(量子力学)概要
光在传播时显示出波性，在转移能量时显示出粒子性。
8
核工程与新能源技术系
3 de Broglie假设
法国青年物理学 家德布罗意 (1892—1986)
1924.11.29 德布罗意把题为“量子理论的研究”的博 士论文提交巴黎大学，获得评委会的高度评价和爱因 斯坦的称赞： “揭开了自然界巨大帷幕的一角”
14
核工程与新能源技术系
实验解释
晶面
晶面间距
15
核工程与新能源技术系
=50°
θ=(180-50)/2=65°
0.215nm
d=0.091 nm
λ=2dsinθ=2×0.091nm×sin65°=0.165nm
16
核工程与新能源技术系
1928年） 2 G.P Thomson实验（
B
K
|U | 阴极 薄金属箔
L.V.de Broglie
荣获1929年Nobel Prize
9
核工程与新能源技术系
波粒二象性 “任何物体伴随以波，而且不可能将物体的运动和波的 传播分开”
h p
E h
de Broglie关系式
普朗克常数h的物理意义： 它是量子化的量度，即它是不连续程度的最小量度单位； 在物质的波性和粒子性之间起着桥梁作用；在量子化和 波粒两象性这两个重要概念中都起着关键的作用。
原子物理与量子力学
原子物理与量子力学Atomic Physics and Quantum Mechanics
哈尔滨理工大学应用科学学院应用物理系
相关说明
一、课程名称
原子物理与量子力学
二、计划学时
108（每周3次6学时）
三、课程性质
技术基础课
四、适用专业
应用物理学、材料物理学、光信息科学与技术、电子科学与技术
五、主要内容
本课程内容主要可分为两大部分：1、原子物理学；2、量子力学。原子物理学主要介绍原子物理学的发展。从光谱学、X射线等方面的实验事实总结出能级规律，进一步分析原子结构的特点。量子力学是二十世纪初建立起来的一门崭新的学科。通过五个基本原理的引入，逐步构筑了量子力学的理论框架。教学过程中，尽可能将两部分的相关内容结合讲授，利于学生理解和吸收。
原子物理学与量子力学是物理类学生的理论基础。通过该课程的学习，学生应掌握有关原子等微观粒子的基本物理概念及反映其物理性质的基本规律，使学生了解和掌握现代一些重要的物理观念，并为应用技术准备理论基础。
六、教材与参考书
《原子物理学》，褚圣麟，高教出版社
《量子力学教程》，周世勋，高教出版社
七、备注
本课程采用多媒体教学，重点难点等采用特定的文字表现方式或动画声音等形式体现，可在“《原子物理与量子力学》课件”的相关章节观察效果。
目录
绪论 (1)
本章小结 (1)
第一章原子的基本状况 (2)
§1.1 原子的质量和大小 (2)
§1.2 原子的核式结构 (2)
本章小结 (3)
第二章原子的能级和辐射 (4)
§2.1 原子光谱的一般情况与氢原子光谱 (4)
§2.2 经典理论的困难和光的波粒二象性 (4)
原子物理与量子力学
原子物理与量子力学Atomic Physics and Quantum Mechanics
哈尔滨理工大学应用科学学院应用物理系
相关说明
一、课程名称
原子物理与量子力学
二、计划学时
108（每周3次6学时）
三、课程性质
技术基础课
四、适用专业
应用物理学、材料物理学、光信息科学与技术、电子科学与技术
五、主要内容
本课程内容主要可分为两大部分：1、原子物理学；2、量子力学。原子物理学主要介绍原子物理学的发展。从光谱学、X射线等方面的实验事实总结出能级规律，进一步分析原子结构的特点。量子力学是二十世纪初建立起来的一门崭新的学科。通过五个基本原理的引入，逐步构筑了量子力学的理论框架。教学过程中，尽可能将两部分的相关内容结合讲授，利于学生理解和吸收。
原子物理学与量子力学是物理类学生的理论基础。通过该课程的学习，学生应掌握有关原子等微观粒子的基本物理概念及反映其物理性质的基本规律，使学生了解和掌握现代一些重要的物理观念，并为应用技术准备理论基础。
六、教材与参考书
《原子物理学》，褚圣麟，高教出版社
《量子力学教程》，周世勋，高教出版社
七、备注
本课程采用多媒体教学，重点难点等采用特定的文字表现方式或动画声音等形式体现，可在“《原子物理与量子力学》课件”的相关章节观察效果。
目录
绪论 (1)
本章小结 (1)
第一章原子的基本状况 (2)
§1.1 原子的质量和大小 (2)
§1.2 原子的核式结构 (2)
本章小结 (3)
第二章原子的能级和辐射 (4)
§2.1 原子光谱的一般情况与氢原子光谱 (4)
§2.2 经典理论的困难和光的波粒二象性 (4)
原子物理学
原子物理学
原子和原子核
佚名
【电子】就是一种最轻的带电粒子。它也就是最早被人们辨认出的基本粒子。拎负电，电量为，1.602189×10-19库仑。就是电量的最轻单元。质量为9.10953×10-28克。常用符号e则表示。电子在原子中，紧紧围绕于原子核外，其数目与核内的质子数成正比，亦
等同于原子序数。导线中电流的产生即为就是电子流颤抖的结果。一安培的电流相等于每
秒通过6.24×1018个电子。利用电场和磁场，能够按照人们的建议掌控电子的运动（特
别是在真空中），从而生产出来各种电子仪器和元件，例如各种电子管，电子显像管、
正电子的质量和电子相等，它的电量的数值和电子相等而符号相反，即带正电。一个
电子和一个正电子相遇会发生湮没而转化为一对光子，即
一对正负电子，常称作正负电子对（电子偶）。能量少于1.02mev（兆电子伏特）的
光子沿着铅板时，可以产生电子一正电子对，这个反应则表示为
电子的运动质量m与静止质量m0的关系为
这里v就是电子运动速度，c就是光速，这就是相对论的公式。
【原子】组成单质和化合物分子的最小粒子。不同元素的原子具有不同的平均质量和
原子结构。原子是由带正电的原子核和围绕核运动的、与核电荷核数相等的电子所组成。
原子的质量几乎全部集中在原子核上。在物理化学反应中，原子核不发生变化。只有在核
反应中原子核才发生变化。
【汤姆逊的原子核模型】汤姆逊的原子核模型就是最早明确提出的原子核模型，他指出：形成原子的正电荷就是均匀分布于球状原子内，原子大小乃是此正电荷球之大小，电
子则埋于此正电荷中，当电子受外界鞭策时，它即以平衡位置为中心并作振动而升空光。
原子物理学褚圣麟课件
原子物理学的研究范围非常广泛，包括原子的能级、光谱、化学键、电子云等。
原子物理学的重要性
原子物理学的发展对人类社会的进步有 着重要的影响。例如，在能源、医学、 通信和信息技术等领域的应用，都离不
开原子物理学的研究成果。
恒星演化与天体物 理
利用原子物理理论和方法研究恒 星演化、星系结构等天体物理问 题。
03
暗物质与暗能量探 索
利用原子物理技术寻找暗物质和 暗能量的踪迹，揭示宇宙的奥秘 。
THANKS
感谢观看
确和更深入的方法。 • 当前，原子物理学的研究仍然是一个活跃的领域。随着新的理论和实验技术的不断出现，原子物理学的研究将继续取得更多的重要成果和进展。
02
原子的基本结构与性质
原子的粒子结构
原子由原子核和核外电子组成 ，原子核由质子和中子组成。
原子核位于原子的中心，电子 围绕原子核运动。
电子的数量决定了元素的种类 ，而质子和中子的数量决定了 同位素的种类。
原子的量子性质
01
原子中的电子运动状态只能用量 子力学描述，其运动状态由主量 子数、角量子数、磁量子数和自 旋量子数确定。
02
电子的波函数描述了电子在原子 中的分布状态，通过波函数可以 计算出电子的能量和状态。
原子物理学第1章原子的位型卢瑟福原子模型
|
a2d 16 A sin 4
2
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环; • 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn
• 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp
(
)
16
a2d
4
A sin
nAt
2
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
1-3 卢瑟福散射公式
1. 库仑散射公式的推导 2. 卢瑟福公式的推导
1-3-1 库仑散射公式的推导(1)
• 远离靶核的入射能量E,电荷Z1e的带电粒子与电 荷Z2e的靶核散射
散射角
瞄准距离 碰撞参数
1-3-1 库仑散射公式的推导(2)
• 库仑散射公式
b a ctg
22
a Z1Z2e2
4 0 E
原子物理学
• 第一章 原子的位型: 卢瑟福原子模型 • 第二章 原子的量子态: 玻尔模型 • 第三章 原子的精细结构: 电子自旋 • 第四章 多电子原子:泡利原理 • 第五章 X射线 • 第六章 原子核物理概论
第一章 原子的位型: 卢瑟福原子模型
1-1 背景知识 1-2 卢瑟福模型的提出 1-3 卢瑟福散射公式 1-4 卢瑟福公式的实验验证 1-5 行星模型的意义及困难
原子物理学全套精品课件
（3）后期（19世纪末—20世纪初）
是原子物理学阔步前进的时期 经典物理学大约经过300多年的发展到19世纪末已建立 了较完整的理论体系，这就是： ①以牛顿三定律和万有引力为基础的经典力学 ②以麦克斯韦方程组和洛伦兹公式所表达的电磁场理论 ③对于热现象有以热力学三大定律为基础的宏观理论，又有用 统计物理学所描述的微观理论。
主张物质可以无限分割的以战国时期的公孙龙 为代表，他说过与句名言：
一尺之锤，日取其半，万世不竭。
2. 近代原子说 建立在科学基础之上的原子说是二三百年内的事情，这 段时间可以划分为几个时期： （1）前期（17世纪-18世纪） 这一时期主要代表性的发现及理论： 罗蒙洛索夫提出“原子动力论”，这里的原子实际上是分子，所以 应是“分子动力论”。它揭示气体能充满空间是分子运动的结果， 例如：在一个真空容器中，打进一点有色气体，气体立刻充满整 个容器，这是分子运动的结果。它说明物质是不连续的。物理学 是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科。
1811年，意大利阿伏伽德罗（A.Avogadro）提出阿伏伽德罗假说， 同体积在同温同压下含有同数分子； 1826年，英国布朗（R.Brown）观察到夜体中的悬浮颗粒无规则 的起伏运动，即布朗运动； 1833年，英国的法拉第（M.Faraday）提出电解定律，并把化学 亲和力归结为电力；结识了点的基本单元的存在。 1869年，俄国门捷列夫提出元素周期律 这些使人们开始确切的认识到物质由分子或原子构成—— 原子分子运动论形成。
原子物理学 .ppt
1.电子的发现
1833 年
1874 年1879 年 1881 年1897 年
1899 1年909 年
法拉弟电解定律：析出物质量正比于电解液电量 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数）F
斯通尼（英）提出电荷的最小单位 e F NA
克鲁克斯(英)以实验说明阴极射线是带电粒子， 为电子的发现奠定基础 斯通尼命名电量子为电子
5
第一章 原子的位形：卢瑟福模型
§1-1背景知识
古代原子学说
原子（Atom） 组成物质的最小单元，永恒不变 “原子”概念源于希腊文,其意为“不可分割的”
机械原子学说（17世纪）
有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体 原子的运动是机械位移，遵守力学定律 困难：不能解释光、电、热等物理现象和燃烧等化学过程
• 1897年考夫曼（德）也做过与汤姆逊类似的实 验且结果更精确，但他不承认阴极射线是粒子的 假设，直到1901年才将实验结果公布。
11
2.电子的电荷和质量
• 精确测定电子电荷的是密立根 油滴实验（1910年)测得出电 子电荷的值为：
• 再由e/m求得电子质量为：
me 9.111031 kg
• 据此发现电荷呈量子化分布。 • 电荷为何呈量子化分布的机制
至今仍未解决）
获1923年度 诺贝尔物理学奖
R. Millikan（美） (1868-1953)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Байду номын сангаас
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
原子物理学及量子力学
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。