原子物理学期末自测题电子教案
原子物理学期末考试试卷(E)参考答案
《原子物理学》期末考试试卷（E）参考答案(共100分) 一．填空题(每小题3分，共21分)1．7.16⨯10-3----(3分) 2．（1s2s）3S1（前面的组态可以不写）（1分）；∆S=0（或∆L=±1，或∑iil=奇⇔∑iil=偶）（1分）；亚稳（1分）。
----(3分) 3．4；1；0,1,2 ；4；1,0；2,1。
----(3分) 4．0.013nm (2分) , 8.8⨯106m⋅s-1(3分)。
----(3分) 5．密立根（2分）；电荷（1分）。
----(3分) 6．氦核24He；高速的电子；光子(波长很短的电磁波)。
(各1分)----(3分) 7．R aE=α32----(3分) 二．选择题(每小题3分, 共有27分)1.D----(3分)2.C----(3分)3.D----(3分)4.C----(3分)5.A----(3分)6.D提示：钠原子589.0nm谱线在弱磁场下发生反常塞曼效应，其谱线不分裂为等间距的三条谱线，故这只可能是在强磁场中的帕邢—巴克效应。
----(3分)7.C----(3分)8.B----(3分)9.D----(3分)三．计算题(共5题, 共52分 )1．解：氢原子处在基态时的朗德因子g =2,氢原子在不均匀磁场中受力为z Bz B z B Mg Z B f Z d d d d 221d d d d BB B μμμμ±=⨯±=-== (3分) 由 f =ma 得 a m BZ=±⋅μB d d故原子束离开磁场时两束分量间的间隔为s at m B Z d v =⨯=⋅⎛⎝ ⎫⎭⎪21222μB d d (2分)式中的v 以氢原子在400K 时的最可几速率代之 mkTv 3=)m (56.0104001038.131010927.03d d 3d d 232232B 2B =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=⋅⋅=--kT d z B kT md z B m s μμ (3分) 由于l =0, 所以氢原子的磁矩就是电子的自旋磁矩（核磁矩很小，在此可忽略）， 故基态氢原子在不均匀磁场中发生偏转正好说明电子自旋磁矩的存在。
安徽师范大学《原子物理学》期末考试试卷
3、一般光学光谱与 X 射线标识谱来源上有什么差别？ 4、电偶极跃迁对跃迁初、终态宇称有什么要求？ 5、Mg 原子有单重态和三重态，但 3s3s3S1 态并不存在，为什么？
得 分 评卷人 复核人
三、选择题（单项选择，每小题 2 分，共 20 分） 1、质量为 M 的核俘获一质量为 me 的电子形成离子，该离子的黎德堡常数
学号：
装订线内不要答题
姓名：
安徽师范大学 2007－2008 学年第一学期
2005 级物理学专业《原子物理学》期末考试试卷（B）（时间 120 分钟）
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 得分
总分
物 理 常 数 ： h = 6.626 ×10−34 Js ， R∞ = 1.09737 ×107 m−1 ， RH =1.09677576* 107 m-1 ， e = 1.7588 *1011C / kg m
（3）对氘原子，其光谱线在相应的氢原子谱线的长波还是短波方向？试解释；
装
4、产生钠的两条黄谱线的跃迁是：
订
A.2P1/2→2S1/2 , 2P3/2→2S1/2
B. 2S1/2→2P1/2 , 2S1/2→2P3/2
线
C. 2D3/2→2P1/2, 2D3/2→2P3/2
D. 2D3/2→2P1/2 , 2D3/2→2P3/2
A．钠原子 B.氖原子 C. 氦原子 D.氟原子
A.
P2 1/ 2
B. 3P2
C.
P3 1/ 2
D.
P2 3/ 2
10、进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符，这说明：
A.原子不一定存在核式结构 B.散射物太厚
C.卢瑟福理论是错误的 D.小角散射时一次散射理论不成立
大学原子物理复习教案
课程名称：原子物理授课对象：大学物理专业学生课时安排：4课时教学目标：1. 系统回顾原子物理的基本概念和原理。
2. 帮助学生掌握关键公式和实验现象。
3. 培养学生运用理论知识解决实际问题的能力。
教学内容：第一课时：原子结构与性质一、复习要点1. 原子的核式结构模型：汤姆孙原子模型、卢瑟福散射实验、核式结构模型。
2. 原子核的性质：质量、电荷、结合能、稳定性。
3. 原子核衰变：α衰变、β衰变、γ衰变。
4. 原子的电子结构：能级、轨道、电子云、电子自旋。
二、基本练习1. 比较汤姆孙原子模型和卢瑟福原子模型的异同。
2. 解释卢瑟福散射实验的现象及其意义。
3. 分析α衰变、β衰变、γ衰变的区别。
4. 举例说明原子电子结构的特征。
第二课时：原子光谱与量子力学一、复习要点1. 原子光谱：线光谱、连续光谱、吸收光谱。
2. 量子力学的基本原理：波粒二象性、不确定性原理、薛定谔方程。
3. 玻尔理论：能级、跃迁、氢原子光谱。
4. 薛定谔方程在氢原子中的应用。
二、基本练习1. 解释线光谱、连续光谱、吸收光谱的区别。
2. 运用不确定性原理分析电子的位置和动量。
3. 根据玻尔理论推导氢原子能级公式。
4. 解答薛定谔方程在氢原子中的应用问题。
第三课时：原子核物理与粒子物理一、复习要点1. 核反应：核裂变、核聚变、人工转变。
2. 核反应方程：质量数守恒、电荷数守恒。
3. 粒子物理：基本粒子、相互作用、粒子加速器。
4. 宇宙射线：来源、组成、探测。
二、基本练习1. 分析核裂变和核聚变的区别。
2. 推导核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒。
3. 介绍基本粒子的种类和相互作用。
4. 解释宇宙射线的来源和探测方法。
第四课时：原子物理实验与实际应用一、复习要点1. 原子物理实验：光谱仪、质谱仪、核磁共振仪。
2. 实验原理：谱线分析、粒子加速、核磁共振。
3. 原子物理在实际应用中的例子：激光、核能、核磁共振成像。
二、基本练习1. 分析光谱仪、质谱仪、核磁共振仪的原理。
原子物理学电子教案第五章
G5 G6
(l1s2 (l2 s1
))⎫⎪⎪⎬⎪⎪⎭
代表一个电子的轨道运动和另一个电子的自旋的相互作用。
这六种相互作用强弱是不同的，而且在不同原子中情况也不一样。一般来说，
G5和G6这两个相互作用是较弱的，故可以忽略。对其余四种相互作用，以下 讨论两种极端情形。
（1）LS 耦合
在G1、G2、G3、G4四种相互作用中。设G1和G2占优势，即两个电子自旋 之间作用很强，两个电子的轨道运动之间作用也很强，那么两个自旋运动就
PJ = J (J +1)=, J = L + S，L + S −1，"，L − S
对具有两个价电子的原子：
（5）
S=0 时，J=L———————————单一态
S=1 时，J=L+1，L，L-1——————三重态
这说明为什么具有两个价电子的原子都有单一和三重的能级结构。例如，两
90
个价电子中，设一个为 p 电子另一个为 d 电子，则
态，但图 5.1 所示的氦原子能谱中只有1S0态（P.146），而并无3S1态。这是因为， 在n,λ,mλ都相同时（分别为 1，0，0），两个电子的ms必定不能相同，从而不 能出现三重态3S1。镁的 3s3s由于同样理由不能形成3S1态。
(2)同科电子(equivalent electron)
量子数 n 和λ分别相同的电子称为同科电子。
每个电子自旋角动量的数值是
89
ps = s(s +1)=
s=1 2
（1）
两个电子的总的自旋角动量的数值是
PS = S(S +1)=, S(= s1 + s2或s1 − s2 ) =1, 0
两个电子的轨道角动量的数值分别是
原子物理学期末自测题
1、原子半径的数量级是：A．10－10cm; B.10-8m C.10-10m D.10-13m2、原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中：A.绝大多数α粒子散射角接近180°B. α粒子只偏差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3、进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符这说明：A.原子不一定存在核式结构B.散射物太厚C.卢瑟福理论是错误的D.小角散射时一次散射理论不成立4、用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰，测量金原子核半径的上限.试问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍？A.1/4B.1/2C.1D.25、动能E K=40keV的α粒子对心接近Pb(z=82)核而产生散射,则最小距离为（m）：A.5.9B.3.0C.5.9╳10-12D.5.9╳10-146、如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？A.2B.1/2C.1 D .47、在金箔引起的α粒子散射实验中,每10000个对准金箔的α粒子中发现有4个粒子被散射到角度大于5°的范围内.若金箔的厚度增加到4倍,那么被散射的α粒子会有多少？A. 16B.8C.4D.28、在同一α粒子源和散射靶的条件下观察到α粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为：A．4:1 B.2:2 C.1:4 D.1:89、在α粒子散射实验中,若把α粒子换成质子,要想得到α粒子相同的角分布,在散射物不变条件下则必须使：A．质子的速度与α粒子的相同；B．质子的能量与α粒子的相同；C．质子的速度是α粒子的一半；D．质子的能量是α粒子的一半10、氢原子光谱莱曼系和巴耳末系的系线限波长分别为：A.R/4 和R/9B.R 和R/4C.4/R 和9/RD.1/R 和4/R11、氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是：A．13.6V和10.2V;B.–13.6V和-10.2V;C.13.6V和3.4V;D.–13.6V和-3.4V12、由玻尔氢原子理论得出的第一玻尔半径0a的数值是：A.5.29×10-10mB.0.529×10-10mC. 5.29×10-12mD.529×10-12m电子的动能为1eV，其相应的德布罗意波长为1.22nm。
原子物理学电子教案
原子物理学电子教案第一章：引言1.1 课程介绍了解原子物理学的基本概念、研究对象和意义。
掌握原子的结构、特性以及原子物理学的发展历程。
1.2 原子物理学的基本概念原子：物质的基本组成单位，由原子核和核外电子组成。
原子核：带正电的粒子，由质子和中子组成。
核外电子：带负电的粒子，围绕原子核运动。
1.3 原子物理学的研究对象原子核结构：研究原子核内部的组成、性质和相互作用。
原子光谱：研究原子在不同能级间的跃迁和辐射。
原子碰撞：研究原子在相互作用过程中的动力学行为。
1.4 原子物理学的发展历程道尔顿原子论：提出原子概念，认为原子是不可分割的基本粒子。
汤姆逊原子模型：提出“葡萄干面包式”原子模型。
卢瑟福原子模型：提出原子核式结构模型。
玻尔原子模型：引入量子理论，解释原子的光谱线。
量子力学：发展完善，揭示原子内部微观世界的基本规律。
第二章：原子核结构2.1 原子核的基本性质质子数（Z）：原子核中质子的个数，决定了元素的种类。
质量数（A）：原子核中质子和中子的总数。
原子序数（W）：原子核中质子数和中子数的差值。
2.2 原子核的稳定性结合能：原子核中质子和中子相互作用的总能量。
比结合能：结合能与核子数的比值，反映原子核的稳定性。
原子核衰变：放射性元素的原子核自发地放出射线，转变为其他元素。
2.3 原子核的分类轻核：质量数小于56的原子核。
重核：质量数大于56的原子核。
超重核：质量数大于84的原子核。
2.4 原子核的相互作用强相互作用：原子核内部质子和中子之间的基本相互作用。
电磁相互作用：带电粒子之间的相互作用。
弱相互作用：引起原子核衰变的基本相互作用。
第三章：原子光谱3.1 原子光谱的基本概念能级：原子内部电子可能存在的状态。
能级跃迁：电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。
光谱：原子跃迁时放出的电磁辐射。
3.2 线光谱和连续光谱线光谱：由特定原子发射或吸收的特定波长的光组成的谱线。
连续光谱：包含从红光到紫光所有波长的光。
原子物理学(电子教案)
a1
n=1,n=1
2a1 4a1
6a1 3a1 9a1 n=3,n=1
n=2 ,n=1 n=2,n=2
n=3,n=3
n=3,n=2
椭圆轨道的相对大小
四、相对论效应
按相对论原理，物体质量 随它的运动速度而改变：
物体动能：
m m0 v2 1 2 c
1 T m0 c 2 1 v2 1 2 c
式中
2e 3 7.297210 , 40 hc
2
Mm0 M m0
展成级数形式得：
E RZ 2 RZ 2 2 n 3 T（nn ) 2 ( ) 4 hc n n n 4
RhcZ E (n , n ) n2
2
RhcZ n
例如：He 毕克林线系：
1 1 ~ 4 RHe 2 2 n1 n2 1 1 RHe 2 n 2 ( )2 2 1 1 RHe 2 '2 , (n 3,4,5,) 2 n
天文望远镜
§ 2.3玻尔的氢原子理论和关 于原子的普遍规律 § 2.4类氢原子的光谱 § 2.5夫兰克－赫兹实验与原 子能级 § 2.6量子化通则 § 2.7电子的椭圆轨道与氢原 子能量的相对论效应
• • • •
一、玻尔的氢原子理论 二、玻尔理论应用于类氢离子 三、索末菲理论 四、相对论效应
一、玻尔的氢原子理论
ii) 频率 条件：
h E i E j
iii) 圆轨道 量子化条件
处于定态时，电子绕核运 动的角动量, 必须满足:
h P mur n , 2 n 1,2,3,
iv) 库仑引力 是电子圆周运 动的向心力:
原子物理学期末考试试题
2
二、 （6 分） 已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子结构 的“电子偶素” 。试计算“电子偶素”处于基态时的电离能。
三、 （12 分）Na 原子光谱项的项值 T(3S) = 4.144、T(3P) = 2.447、T(3D) = 1.227， 单位均为 10 6 m−1。不考虑精细结构，计算主线系的系限波长、3P 态的量子 数亏损。考虑精细结构，计算 3P 态双层能级的间隔。
四、 （13 分）Z=4 的 Be 原子的价电子之间服从 LS 耦合。考虑其中一个价电子被 激发到 3s 态。画出从基态至该激发态之间的原子能级图（考虑精细结构） 。 在图中标出每个能级的原子态符号，以及可以发生的电偶极光谱跃迁。指 出哪些态属于亚稳态。
3 3 五、 （14 分） 某原子中 D1 P2 的光谱跃迁在磁场中发生塞曼效应。计算塞曼谱
8
1
10. 双原子分子的价电子组态 ，可形成的分子态的数目有___种，其中 在分 子轴方向具有最大总角动量的分子态为____。 11. 束缚态的物理波函数必须满足的三个基本条件可概括为_______。 12. 作为一种纯粹的假设，假设电子的固有自旋量子数为 s=1，其它量子力学规 律不变，那么 L 主壳层最多可容纳___个电子。 13. 原子处于 6G3/2 态，其总轨道磁矩为____B，总自旋磁矩为___B，总有效磁 矩为___B。 14. 两个 J0 的单重态之间的光谱跃迁，在磁场中发生塞曼效应。垂直于磁场 方向观察，不同波长的塞曼谱线的数目____(填写“不确定”或者“有 ？种”)。 平行于磁场方向观察，不同波长的塞曼谱线的数目______。 15. 双原子分子的振动能级可表示为_____，转动能级公式可表示为____，转动 轴与分子轴的几何关系为相互____，振转光谱带中 ____位置处谱线间隔最 大，约为其它位置处相邻谱线间隔的___倍。 16. 已知
原子物理学期末自测题
1、原子半径的数量级是：A．10－10cm; B.10-8m C.10-10m D.10-13m2、原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中：A.绝大多数α粒子散射角接近180°B. α粒子只偏差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3、进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符这说明：A.原子不一定存在核式结构B.散射物太厚C.卢瑟福理论是错误的D.小角散射时一次散射理论不成立4、用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰，测量金原子核半径的上限.试问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍？A.1/4B.1/2C.1D.2=40keV的α粒子对心接近Pb(z=82)核而产生散射,则最小距离5、动能EK为（m）：A.5.9B.3.0C.5.9╳10-12D.5.9╳10-146、如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？A.2B.1/2C.1 D .47、在金箔引起的α粒子散射实验中,每10000个对准金箔的α粒子中发现有4个粒子被散射到角度大于5°的范围内.若金箔的厚度增加到4倍,那么被散射的α粒子会有多少？A. 16B.8C.4D.28、在同一α粒子源和散射靶的条件下观察到α粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为：A．4:1 B.2:2 C.1:4 D.1:89、在α粒子散射实验中,若把α粒子换成质子,要想得到α粒子相同的角分布,在散射物不变条件下则必须使：A．质子的速度与α粒子的相同； B．质子的能量与α粒子的相同；C．质子的速度是α粒子的一半； D．质子的能量是α粒子的一半10、氢原子光谱莱曼系和巴耳末系的系线限波长分别为：A.R/4 和R/9B.R 和R/4C.4/R 和9/RD.1/R 和4/R11、氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是：A．13.6V和10.2V;B.–13.6V和-10.2V;C.13.6V和3.4V;D.–13.6V和-3.4V12、由玻尔氢原子理论得出的第一玻尔半径0a的数值是：A.5.29×10-10mB.0.529×10-10mC. 5.29×10-12mD.529×10-12m电子的动能为1eV，其相应的德布罗意波长为1.22nm。
大学基础物理电子教案：27原子
原子
3.轨道角动量 L
L ll 1
27.1 氢原子
氢原子的定态S.Q 电子概率密度
l 0,1,2,, n 1
习惯上用 s, p, d, f , g, h, 分别表示 l 0,1,2,3,
例:n 1,l 0 1s态(基态); n 2,l 1 2 p态
4.轨道角动量L
的空间取向
1s 2 2s 2 2 p6 3s1
独立电子近似
原子的壳层结构 和电子组态
电子壳层分布规则
在一个原子的所有组态中，基态电子组态具有最低
能量,其余的组态是激发态电子组态。
原子
27.4 多电子原子的壳层结构
27.4.3 电子壳层分布规则
核外电子在不同壳层上的具体分
独立电子近似
原子的壳层结构 和电子组态
Ze2
4 0ri
1 2
i
e2
ji 4 0rij
基本思想是：认为每个电子都是在该原子核的静
电场及其它 N 1 个电子的有效 平均场中“独立地”运动着
作业（2） 习题:14,15,20,21
原子
27.4 多电子原子的壳层结构
独立电子近似
体系中每个电子都在各自的某种等效 原子的壳层结构
和电子组态 电子壳层分布规则
子的壳层结构认为：
主量子数不同的电子，分布在不同的主壳层上
n 1,2,3,4,5,
K, L, M , N,O,
原子
27.4 多电子原子的壳层结构
主量子数相同而角量子数不同的电子，分布在同一
主壳层中的不同次壳层上
l 0,1,2,3, s, p, d, f ,
2.原子的电子组态
独立电子近似
原子的壳层结构 和电子组态
原子物理学电子教案
原子物理学电子教案第一章：引言1.1 课程介绍了解原子物理学的基本概念和研究对象理解原子物理学在现代科学技术中的应用价值1.2 原子物理学发展简史掌握汤姆逊、卢瑟福、玻尔等著名物理学家的主要贡献了解原子物理学的发展对人类认识自然界的意义1.3 学习方法指导注重理论联系实际，提高解决问题的能力注重数学工具的运用，提高数据分析和处理能力第二章：原子的核外电子2.1 电子的基本性质掌握电子的带电性质、质量、速度等基本参数理解电子在原子中的运动规律2.2 电子的能级分布掌握玻尔模型，了解能级的概念和能级跃迁规律理解原子的线谱特征和光谱分析方法2.3 原子轨道和电子云掌握薛定谔方程，了解原子轨道的形状和大小理解电子云的概念，掌握电子云的密度分布特征第三章：原子核的结构与衰变3.1 原子核的基本性质掌握原子核的组成、质量和电荷守恒定律理解原子核的结合能和比结合能概念3.2 核力与核稳定性掌握核力的性质、作用范围和强度理解核稳定性的判据，掌握原子核的分类方法3.3 核衰变与核反应掌握核衰变的基本类型、衰变方程和半衰期概念理解核反应的类型、反应机制和应用第四章：原子光谱与能级跃迁4.1 原子光谱的基本特征掌握原子光谱的线形、强度和间距等特征理解原子光谱的分立和连续谱的区别与联系4.2 能级跃迁与原子光谱掌握能级跃迁的原理，理解跃迁概率与能级差的关系了解激光原理及其在原子光谱中的应用4.3 原子光谱的应用掌握原子光谱在元素分析和量子光学领域的应用了解我国在原子光谱研究方面的重要成果第五章：激光及其应用5.1 激光的基本原理掌握激光的产生原理、特点和分类理解激光的光谱纯度和相干性等特性5.2 激光的应用领域掌握激光在通信、医疗、加工等领域的应用技术了解激光技术在我国的发展现状和前景5.3 激光与原子相互作用的实验研究掌握激光冷却和捕获原子的实验方法理解激光操控原子核和电子的原理及其在实验中的应用第六章：原子碰撞与散射6.1 原子碰撞的基本过程掌握弹性碰撞、非弹性碰撞和共振态散射的特点理解散射截面和交叉截面的概念6.2 弹性散射与Rutherford散射掌握Rutherford散射实验的原理和结果了解散射角度与散射粒子的能量关系6.3 原子激发态的退相干与碰撞诱导的跃迁理解碰撞过程中激发态原子的退相干现象掌握碰撞诱导的能级跃迁规律第七章：原子核衰变与核反应7.1 原子核衰变过程掌握α衰变、β衰变和γ衰变的特点及衰变方程理解半衰期的概念及其对放射性元素应用7.2 核反应堆原理理解核裂变和核聚变反应的基本过程掌握核反应堆的工作原理和类型7.3 核辐射与核探测理解核辐射的类型和特性掌握核探测技术的基本原理和应用第八章：原子物理学的实验技术8.1 光谱仪器的原理与使用掌握光谱仪器的结构和工作原理理解光谱分析的方法和应用8.2 激光冷却与原子捕获理解激光冷却的原子机制和实验方法掌握原子捕获技术及其在实验中的应用8.3 原子干涉与量子态操控理解原子干涉现象及其在量子物理中的应用掌握量子态操控技术的基本原理和方法第九章：原子物理学在现代科学技术中的应用9.1 原子钟与时间测量理解原子钟的原理和类型掌握原子钟在时间测量和导航领域的应用9.2 激光技术在信息传输中的应用理解激光通信的原理和优势掌握激光在光纤通信和卫星通信中的应用9.3 原子核磁共振成像（NMR）理解NMR成像的原理和类型掌握NMR在医学、生物和材料科学研究中的应用第十章：展望与挑战10.1 原子物理学发展的趋势了解当前原子物理学研究的热点和前沿领域掌握多学科交叉研究的发展方向10.2 我国在原子物理学领域的发展战略了解我国在原子物理学研究的优势和不足掌握我国未来在原子物理学领域的发展规划和目标10.3 原子物理学教育与人才培养理解原子物理学教育的重要性掌握原子物理学人才培养的方法和途径重点和难点解析1. 原子物理学的基本概念和研究对象：理解原子物理学的基本定义，研究对象以及它在现代科学技术中的应用价值。
原子物理学(电子教案)
原子与原子核的弱相互作用
β衰变
原子核中的中子可以通过弱相互作用转化为质 子，同时释放出电子和反中微子。这种过程称 为β衰变，是弱相互作用的一种表现。
宇称不守恒
弱相互作用违反了宇称守恒定律，即镜像 对称性的破缺。这一发现对于理解粒子物 理中的对称性和破缺具有重要意义。
中子衰变
自由中子也会通过弱相互作用发生衰变， 转化为质子、电子和反中微子。中子衰变 是宇宙中元素合成的重要过程之一。
原子核裂变与聚变实验方法与技术
裂变反应实验
通过中子轰击重核引发裂 变反应，释放大量能量和 中子，来研究裂变反应机 制和核能利用。
聚变反应实验
利用高温高压条件使轻核 发生聚变反应，释放大量 能量和中子，来研究聚变 反应机制和核能利用。
核聚变装置与技术
研究和发展实现受控核聚 变的装置和技术，如托卡 马克装、激光惯性约束 聚变等。
原子与原子核的强相互作用
核力
原子核中的质子和中子通过强相互作用相互束缚在一起，形成稳定的原子核。这种力称为 核力，是强相互作用的一种表现。
夸克模型
强相互作用可以用夸克模型来描述。夸克是构成质子和中子等强子的基本粒子，它们通过 交换胶子来传递强相互作用。
色禁闭
强相互作用具有色禁闭的特性，即夸克和胶子被束缚在强子内部，不能直接观测到自由的 夸克和胶子。这一特性使得强相互作用在短距离内非常强大，而在长距离内迅速减弱。
库仑力
原子中的电子和原子核之间存在 库仑力，即静电力。这种力使得 电子被束缚在原子核周围，形成
原子。
电磁辐射
原子中的电子在运动时，会发出电 磁辐射，如可见光、紫外线等。这 些辐射是原子与原子核电磁相互作 用的表现。
精细结构
南京师范大学《原子物理学》2020-2021第一学期期末试卷
2020～2021学年度第一学期《原子物理学》期末试卷课程代码：试卷编号：考试日期：年月日答题时限：120分钟考试形式：闭卷笔试得分统计表：题号得分一二三四五一、单项选择题（每题2分，共20分）得分1.电子在氢原子中运动时，其轨道是：（）A.连续的B.分立的C.圆形的D.椭圆形的2.氢原子光谱的特征是：（）A.连续谱B.分立谱C.红外谱D.紫外谱3.根据玻尔理论，电子在氢原子中从一个能级跃迁到另一个能级时，可能发射或吸收：（）A.任何频率的光子B.特定频率的光子C.任何波长的光子D.特定波长的光子4.卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子结构的哪个重要结论？（）A.电子的轨道是圆形的B.原子核是由质子和中子组成的C.原子的绝大部分质量和正电荷集中在一个很小的核上D.原子中的电子在特定的轨道上运动5.在德布罗意波理论中，电子的波长与其动量之间的关系是（）：A.波长与动量成正比B.波长与动量成反比C.波长与动量的平方成正比D.波长与动量的平方成反比6.在光电效应中，入射光的频率增加，光电子的最大初动能将：（）A.减小B.增加C.不变D.无法确定7.下列哪个陈述是康普顿效应的直接证据？（）A.光具有粒子性B.光具有波动性C.光子与电子之间没有相互作用D.光子与电子之间的相互作用可以忽略不计8.关于玻尔原子模型的假设，以下哪项是正确的？（）A.原子中的电子可以在任何半径的轨道上运动B.原子中的电子只能在特定的、分立的轨道上运动C.原子中的电子可以在任何半径的轨道上运动，但只能吸收特定频率的光子D.原子中的电子只能在特定的、分立的轨道上运动，但可以发射任何频率的光子9.根据玻尔理论，氢原子从基态跃迁到激发态时，氢原子会：（）A.发射光子，能量减小B.吸收光子，能量增加C.既不发射也不吸收光子，能量不变D.发射或吸收光子，能量变化取决于跃迁的具体能级10.在量子力学的框架下，电子在原子中的排布遵循：（）A.能量守恒定律B.不确定性原理C.泡利不相容原理D.玻尔对应原理二、填空题（每题2分，共20分）得分1.原子由位于中心的__________和核外绕核运动的__________组成。
原子物理学电子教案
第一阶段：
•
18世纪末——19世纪 初，建立了原子分子 学说，是人类对物质 结构认识的第一次突 破，推动了工业、化 学的发展。
第二阶段:
• 19世纪末——20世纪 初，1897年电子的发 现是人类对物质结构认 识的第二次突破。揭开 了近代物理的序幕，是 原子物理学建立和发展 的开端。
第三阶段：
绪
论
一、原子物理学在物理学中的地位
世界是物质的，物质是以各种形式运 动着的。日常生活中常见的气体，液体和 固体现在统称为凝聚态，是我们的感觉器 官能直接感觉到的物质，因而首先被认识。 也有一些是无法感觉和直接看见的。他们 的尺度分布在另外的区域。
物质结构层次
夸克 粒子 原子核 原(分)子 凝聚态 天体 太阳系 银河系 宇宙
主要参考书
1. 褚圣林 : [原子物理学] 2. 杨福家: [原子物理学] 3. 曾谨言: [量子力学]
研究内容: 结构, 运动和变化规律
2.方法: 以实验事实为基础,以定性分析为主, 以定 量分析为辅,深入浅出,建立描述微观 粒子结构和运动变化规律的模型.
三 学习原子物理学的意义和目的
意义:
1、原子物理是基础理论三大课题的基础： 物质结构 三大课题 天体演化 生命的起源 2、从物质结构发展简史中看研究基础理论的意义。 人类对物质结构的认识可以概括为以下几个阶段：
• 1932 年中子的发现，实现了人类对物质结构认识 的第三次突破。人们认识到原子核是由质子和中 子组成的，建立和发展了原子核物理学。 • 发现了新能源—原子能
第四阶段：
• 20世纪60年代迅速发展起来的高能物 理、粒子物理，面临第四次突破。
认识世界：加深对物质世界更本质的识
目 的
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1、原子半径的数量级是：A．10－10cm; B.10-8m C.10-10m D.10-13m2、原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中：A.绝大多数α粒子散射角接近180°B. α粒子只偏差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3、进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符这说明：A.原子不一定存在核式结构B.散射物太厚C.卢瑟福理论是错误的D.小角散射时一次散射理论不成立4、用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰，测量金原子核半径的上限.试问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍？A.1/4B.1/2C.1D.2=40keV的α粒子对心接近Pb(z=82)核而产生散射,则最小距离5、动能EK为（m）：A.5.9B.3.0C.5.9╳10-12D.5.9╳10-146、如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？A.2B.1/2C.1 D .47、在金箔引起的α粒子散射实验中,每10000个对准金箔的α粒子中发现有4个粒子被散射到角度大于5°的范围内.若金箔的厚度增加到4倍,那么被散射的α粒子会有多少？A. 16B.8C.4D.28、在同一α粒子源和散射靶的条件下观察到α粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为：A．4:1 B.2:2 C.1:4 D.1:89、在α粒子散射实验中,若把α粒子换成质子,要想得到α粒子相同的角分布,在散射物不变条件下则必须使：A．质子的速度与α粒子的相同； B．质子的能量与α粒子的相同；C．质子的速度是α粒子的一半； D．质子的能量是α粒子的一半10、氢原子光谱莱曼系和巴耳末系的系线限波长分别为：A.R/4 和R/9B.R 和R/4C.4/R 和9/RD.1/R 和4/R11、氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是：A．13.6V和10.2V;B.–13.6V和-10.2V;C.13.6V和3.4V;D.–13.6V和-3.4V12、由玻尔氢原子理论得出的第一玻尔半径0a的数值是：A.5.29×10-10mB.0.529×10-10mC. 5.29×10-12mD.529×10-12m电子的动能为1eV，其相应的德布罗意波长为1.22nm。
线，则至少需提供多少能量（eV）?13、欲使处于激发态的氢原子发出HαA.13.6B.12.09C.10.2D.3.414、用能量为12.7eV的电子去激发基态氢原子时,受激氢原子向低能级跃迁时最多可能出现几条光谱线（不考虑自旋）；A.3B.10C.1D.415、按照玻尔理论基态氢原子中电子绕核运动的线速度约为光速的：A.1/10倍B.1/100倍 C .1/137倍 D.1/237倍16、已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子的结构的“正电子素”那么该“正电子素”由第一激发态跃迁时发射光谱线的波长应为：A．3R /8 B.3∞R/4 C.8/3∞R D.4/3∞R∞17、电子偶素是由电子和正电子组成的原子，基态电离能量为：A.-3.4eVB.+3.4eVC.+6.8eVD.-6.8eV+的第一轨道半径是：18、根据玻尔理论可知，氦离子HeA．20a B. 40a C. 0a/2 D. 0a/4+处于第一激发态（n=2）时电子的轨道半径为：19、一次电离的氦离子HeA.0.53⨯10-10mB.1.06⨯10-10mC.2.12⨯10-10mD.0.26⨯10-10m+离子中基态电子的电离能能是：20、在HeA.27.2eVB.54.4eVC.19.77eVD.24.17eV21、弗兰克—赫兹实验的结果表明：A电子自旋的存在B原子能量量子化C原子具有磁性D原子角动量量子化22、为使电子的德布罗意假设波长为100nm，应加多大的加速电压：A．11.51⨯106V； B.24.4V； C.24.4⨯105V； D.15.1V23、如果一个原子处于某能态的时间为10-7S,原子这个能态能量的最小不确定数量级为（以焦耳为单位）：A ．10-34； B.10-27； C.10-24； D.10-3024、为了证实德布罗意假设,戴维孙—革末于1927年在镍单晶体上做了电子衍射实验从而证明了：A.电子的波动性和粒子性B.电子的波动性C.电子的粒子性D.所有粒子具有二项性25、单个d 电子的总角动量投影的可能值为：A.2η，3η；B.3η，4η；C.η235，η215； D.η3/2，η5/2 . 26、锂原子主线系的谱线在不考虑精细结构时,其波数公式的正确表达式应为：A.nP S -=2~ν；B. S nP 2~→=ν; C ．nP S →=2~ν; D ．S nP 2~-=ν 27、碱金属原子的光谱项为：A.T=R/n 2; B .T=Z 2R/n 2; C .T=R/n *2; D. T=RZ *2/n *228、碱金属原子能级的双重结构是由于下列哪一项产生：A.相对论效应B.原子实的极化C.价电子的轨道贯穿D.价电子的自旋－轨道相互作用29、下列哪种原子状态在碱金属原子中是不存在的：A .12S 1/2; B. 22S 1/2; C .32P 1/2; D. 32S 1/2.32D 5/230、对碱金属原子的精细结构12S 1/2 12P 1/2, 32D 5/2, 42F 5/2,22D 3/2 ，32D 3/2这些状态中实际存在的是：A.12S 1/2,32D 5/2,42F 5/2;B.12S 1/2 ,12P 1/2, 42F 5/2;C.12P 1/2,32D 5/2,22D 3/2;D.32D 5/2, 42F 5/2,32D 3/231、氢原子光谱形成的精细结构（不考虑兰姆移动）是由于：A.自旋－轨道耦合B.相对论修正和极化贯穿C.自旋－轨道耦合和相对论修正D.极化.贯穿.自旋－轨道耦合和相对论修正32、对氢原子考虑精细结构之后,其莱曼系一般结构的每一条谱线应分裂为：A.二条B.三条C.五条D.不分裂33、氦原子由状态1s2p 3P 2,1,0向1s2s 3S 1跃迁,可产生的谱线条数为：A.0；B.2；C.3；D.134、氦原子由状态1s3d 3D3,2,1向1s2p3P2,1,0跃迁时可产生的谱线条数为：A.3；B.4；C.6；D.535、氦原子有单态和三重态两套能级,从而它们产生的光谱特点是:A.单能级各线系皆为单线,三重能级各线皆为三线；B.单重能级各线系皆为双线,三重能级各线系皆为三线；C.单重能级各线系皆为单线,三重能级各线系皆为双线;D.单重能级各线系皆为单线,三重能级各线系较为复杂,不一定是三线.36、下列原子状态中哪一个是氦原子的基态？A.1P1； B.3P1; C.3S1; D．1S;37、氦原子的电子组态为n1pn2s,则可能的原子态：A.由于n不确定不能给出确定的J值,不能决定原子态；B.为n1pn2s 3D2,1,0和n1pn2s 1D1；C.由于违背泡利原理只存单态不存在三重态；D.为n1pn2s 3P2,1,0和n1pn2s 1P1.38、一个p电子与一个s电子在L－S耦合下可能有原子态为：A.3P0,1,2, 3S1 ;B.3P0,1,2, 1S0;C.1P1, 3P0,1,2 ;D.3S1,1P139、电子组态2p4d所形成的可能原子态有：A．1P ３P １F ３F； B. 1P 1D 1F 3P 3D 3F;C．3F 1F; D.1S 1P 1D 3S 3P 3D.40、在正常塞曼效应中，沿磁场方向观察时将看到几条谱线：A．0； B.1； C.2； D.341、正常塞曼效应总是对应三条谱线，是因为：A．每个能级在外磁场中劈裂成三个； B.不同能级的郎德因子g大小不同；C．每个能级在外场中劈裂后的间隔相同； D.因为只有三种跃迁42、B原子态2P1/2对应的有效磁矩（g＝2／3）是A.Bμ33； B.Bμ32； C.Bμ32； D.Bμ22.43、原子处于2P1/2态，其原子磁矩的投影值为：A.Bμ33； B.Bμ32； C.13Bμ； D.Bμ2244、在强外磁场中原子的附加能量E∆除正比于B之外,同原子状态有关的因子有：A.朗德因子和玻尔磁子B.磁量子数、朗德因子C.朗德因子、磁量子数M L 和M JD.磁量子数M L 和M S45、塞曼效应中观测到的π和σ成分,分别对应的选择定则为：A ；)(0);(1πσ±=∆J M B. )(1);(1σπ+-=∆J M 0=∆J M 时不出现；C. )(0σ=∆J M ，)(1π±=∆J M ； D. )(0);(1πσ=∆±=∆S L M M46、某原子处于4D 1/2态,若将其放于弱磁场中,则能级分裂为：A ．2个； B.9个； C.不分裂； D.4个47、判断处在弱磁场中,下列原子态的子能级数那一个是正确的：A.4D 3/2分裂为2个；B.1P 1分裂为3个；C.2F 5/2分裂为7个；D.1D 2分裂为4个48、判断处在弱磁场中,下列原子态的子能级数那一个是正确的：A.4D 3/2分裂为2个；B.1P 1分裂为3个；C.2F 5/2分裂为7个；D.1D 2分裂为4个49、在磁场中钙原子的一条422.7nm λ=谱线呈现正常塞曼效应。
（1）在B=3T 磁场中分裂谱线的频率差：A ．14GHz ； B. 28GHz ； C.42 GHz ； D.40 GHz（2）在B=3T 磁场中分裂谱线的波长差：A ．0.025nm ； B.0.25nm ； C.2.5nm ； D.25nm50、当镉光源放在8.6mT 的磁场中，在垂直磁场方向上测量光谱时，镉的红线分裂为三条谱线，其频率间隔为120MHz ，试计算电子的荷质比。
A ．111.7510/⨯C kg ； B. 121.7510/⨯C kg ；C ．113.7510/⨯C kg .； D. 123.7510/⨯C kg51、元素周期表中：A.同周期各元素的性质和同族元素的性质基本相同；B.同周期各元素的性质不同，同族各元素的性质基本相同C.同周期各元素的性质基本相同，同族各元素的性质不同D.同周期的各元素和同族的各元素性质都不同52、当主量子数n=1,2,3,4,5,6时，用字母表示壳层依次为：A.K Ｌ Ｍ Ｏ Ｎ Ｐ； Ｂ.Ｋ Ｌ Ｍ Ｎ Ｏ Ｐ；C.Ｋ Ｌ Ｍ Ｏ Ｐ Ｎ；D.Ｋ Ｍ Ｌ Ｎ Ｏ Ｐ；53、在原子壳层结构中，当l ＝０，１，２，３,…时，如果用符号表示各次壳层，依次用下列字母表示：Ａ.ｓ,ｐ,ｄ,ｇ,ｆ,ｈ．．．． Ｂ.ｓ,ｐ,ｄ,ｆ,ｈ,ｇ．．．Ｃ.ｓ,ｐ,ｄ,ｆ,ｇ,ｈ．．．Ｄ.ｓ,ｐ,ｄ,ｈ,ｆ,ｇ．．．54、有一原子，n=1,2,3的壳层填满，4s 支壳层也填满，4p 支壳层填了一半，则该元素是：Ａ.Br(Z=35); Ｂ.Rr(Z=36); Ｃ.V(Z=23); Ｄ.As(Z=33)55、由电子壳层理论可知，不论有多少电子，只要它们都处在满壳层和满支壳层上，则其原子态就都是：Ａ.３Ｓ０； Ｂ.１Ｐ１；Ｃ .２Ｐ１／２；Ｄ.１Ｓ0.56、某个中性原子的电子组态是1s 22s 22p 63s3p,此原子是：Ａ.处于激发态的碱金属原子；Ｂ.处于基态的碱金属原子；Ｃ.处于基态的碱土金属原子；Ｄ.处于激发态的碱土金属原子；57、硫原子基态电子组态为1s 22s 22p 63s 2p 4,其基态原子态为Ａ. ２Ｐ3／２ Ｂ.１Ｐ１；Ｃ.２Ｐ１／２；Ｄ.１Ｓ0.58、碳原子基态电子组态为1s 22s 22p 2,其基态原子态为Ａ. ２Ｐ3／２ Ｂ.１Ｐ１；Ｃ.２Ｐ１／２；Ｄ.１Ｓ0.59、假设氦原子（Z=2）的一个电子已被电离，如果还想把另一个电子电离，则至少需提供多少的能量。