杨福家-原子物理-第四版-第五章
《原子物理学》杨福家第四版课后答案
② m1 为α粒子， m2 为静止的 He 核，则
( L )max 90
1-9）解：根据 1-7）的计算，靶核将入射粒子散射到大于 的散射几率是
P( ) nt
4
a 2ctg 2
2
当靶中含有两种不同的原子时，则散射几率为
0.71 0.32
将数据代入得：
-5-
0
2
2
d a 1 181 4 103 tg 2100 c ( ) d 4 sin 4 4 2 10 2 6.02 10 23 sin 4 300 依题： 2 28 2 24 10 m / sr 24b / sr
1-10)解： ① 金核的质量远大于质子质量，所以，忽略金核的反冲，入射粒子被靶核散时 则： 之间得几率可用的几率可用下式求出：
nt ( )2
a 4
2 sin sin
4
t a
( )2 A 4
2 sin sin 4
2
2
a
Z1Z 2e2 1 79 1.44Mev fm 94.8 fm 4 ER 1.2Mev
1 2 1 1 2 2 Mv mve Mv 2 2 2 Mv Mv mve
m v v ve M v 2 v2 m v 2 e M
(1)
p m v p = em v p= m vee，其大小：
180
2 3 ，即为所求 1 d sin 2 sin 3
3
90
2
1-7)解
P ( 0 1800 )
1800
原子物理杨家富 第五章答案
17
4. L-S耦合原子态对应的能级顺序 能级跃迁的选择定则
每个原子态对应一定的能级。由多电子组态形成的原 子态对应的能级结构顺序有两条规律可循： 洪特定则： 1.在L-S耦合 L 耦合下，由给定的电子组态所形成的原子态中重数 重数 （2s+1）最大的能级最低 最低；重数相同的诸能级（同S）又以 L最大 最低。 最大为最低 2.对于同科电子，即同nl，不同J值的诸能级顺序是：当同科 电子数≤闭合壳层电子占有数一半时，以最小J值（|L－S|） 的能级为最低，称正常序 正常序。同科电子数>闭层占有数之一半 时，以最大J（＝L+S）的能级为最低，称倒转序 倒转序。
23
6.原子基态
原子基态指原子能级最低的状态。从基态电子组态确定 的原子态中，按照洪德定则，找出能级最低的状态。就是原 子的基态。 ml=－2, －1， 0， +1， +2 定基态的简便法: a. 将 ↑ （表示自旋取向）按右 图顺序填充ml各值，如l=2， １ 10 ２ ９ ３ ８ ４ ７ ５ ６
3
§５.1 泡利不相容原理 §５.2 双电子原子系统－ 氦原子光谱和能级 §５.3 两个电子的耦合 §５.４ 元素周期表 §５.５ 多电子原子的塞曼效应
4
§5.1 泡利不相容原理
1925年，年仅25岁的泡利提出不相容原理：原子中每个 状态只能容纳一个电子，换言之原子中不可能有两个以上 的电子占据四个量子数(n,l,ml,ms)相同的态。后来发现凡自 旋为 1 2 奇数倍的微观粒子(电子、质子、中子等，统称费 米子)都满足上述泡利原理。泡利原理更普遍意义是微观全 同粒子是不可区分的，交换两个全同粒子不改变其几率。 例如交换两个粒子的位置，仍有
14
而且像
《原子物理学》部分习题解答(杨福家)
gJ
2
z g J B
氢原子基态 氯原子基态
2
3 2 3
S1/ 2 P3 / 2
1 S ( S 1) L ( L 1) 2 2 J ( J 1)
两束
四束
2
gJ
1 S ( S 1) L ( L 1) 4 2 2 J ( J 1) 3
pc
E k ( E k 2m0c ) E k
2
所以
E k m in p m in c 6 2 M eV
4－2 解： 原子态
2
D3/2
1 2 , J 3 2
可得
gJ 3 2
L 2, S
mJ
1 2
,
3 2
1 S ( S 1) L ( L 1) 4 2 J ( J 1) 5
Ek Ek
3.1keV 0.0094keV
3－3 解：
Ek m0 c 0.511MeV
2
若按非相对论处理
Ek 1 2 m0 v ，有
2
1 2
m0 v m0 c
2
2
v 2c
显然不合理，需要用相对论来处理。
E Ek m0 c 2m0c
2 2
又E mc m0 c
有磁场
m mg
1 2
3
S
1
0
1
0
2
g 2
h 0
3
P0
0
0
m 2 g 2 m1 g 1
2
0
2
相邻谱线的频率差
c
(整理)原子物理学杨福家1-6章 课后习题答案
原子物理学课后前六章答案（第四版）杨福家著(高等教育出版社)第一章：原子的位形：卢瑟福模型 第二章：原子的量子态：波尔模型 第三章：量子力学导论第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五章：多电子原子：泡利原理 第六章：X 射线第一章 习题1、2解1.1 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为10-4rad.要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动).注意这里电子要动.证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射。
电子质量用me 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲。
α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有：（1）ϕθααcos cos v m V M V M e +'= （2）ϕθαsin sin 0v m V M e -'= （3）作运算：（2）×sin θ±(3)×cos θ,（4）（5）再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与v，化简上式，得（６）θϕμϕθμ222s i n s i n )(s i n +=+ （７）视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有令sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sin θ=0若 sin θ=0, 则 θ=0（极小） （8）（2）若cos(θ+2φ)=0 ,则 θ=90º-2φ （9）将（9）式代入（7）式，有θϕμϕμ2202)(90si n si n si n +=-θ≈10-4弧度（极大）此题得证。
1.2（1）动能为5.00MeV 的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大？ （2）如果金箔厚1.0 μm ，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几？要点分析:第二问是90°～180°范围的积分.关键要知道n, 注意推导出n 值.其他值从书中参考列表中找.解：（1）依金的原子序数Z2=79答：散射角为90º所对所对应的瞄准距离为22.8fm.(2)解: 第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来. (问题不知道nA,但可从密度与原子量关系找出)从书后物质密度表和原子量表中查出ZAu=79,AAu=197, ρAu=1.888×104kg/m3依θa 2sin即单位体积内的粒子数为密度除以摩尔质量数乘以阿伏加德罗常数。
原子物理 杨福家 第五章讲解及习题
3
课 后 答 案 网
量最低,即s1= s2=1/2.mlms都相同,那么只有ml不同,L≠2,L≠0,只 有L=1.2 个P电子组合,按正常次序,J取最小值 1 时能量最低,基态应 是3P0. （2）同理，对于np5的原子态同np1的原子态完全一样。 有 L=1,S=1/2
原子态 2 P3/2,1/2
m 数的情况下,J小的能级较低,因而3F2状态能级最低。
3.对于钛原子22Ti,原子外有 22 个电子，按照壳层填充理论，其电子
o 组态为 c 1s22s22p63s23p64s23d2,所以钛原子恰好对应ndnd组态。其基态为3F2。
解：方法二 直接按斯莱特方法进行分析。
. 1．∵ S=1,0 L=4,3,2,1,0
h 投影的情况包含在这些态中.
第五章习题 11,12 参考答案
k 5-11 一束基态的氦原子通过非均匀磁场后，在屏上可以接受到几束?
在相同条件下，对硼原子，可接受到几条?为什么?
. 解：氦原子处于基态时电子组态为 1s1s
w其中n1 1
n2 1
l1 0
l2 0
s1
s2
1 2
所以： s s1 s2 0 L=0 故原子态为 1S0 所以 J=0
基态: S 最大,L 最大.J 最小.应为: 3G5 ,两非同科 d 电子此种情况很少
w见.常见的为同科 p,d,f 电子. w 5-8 铍原子基态的电子组态是 2s2s，若其中有一个电子被激发
到 3p 态，按 L—S 耦合可形成哪些原子态?写出有关的原子态的符 号．从这些原子态向低能态跃迁时，可以产生几条光谱线?画出相应
可求出 J=L±1/2=2±1/2=3/2，5/2 有两个值。
原子核物理课件杨福家第五章(2014春)汇总
ΣX
1
n
dE dx
X
ΣY
1 dE
n
dx
Y
三、单位质量厚度能量损失
dE dx
:
MeVcm2/mg
混合物（XiYj）
dE
dx
XiYj
WX
dE dx X
WY
dE dx Y
第5章 射线与物质相互作用
重带电粒子与物质相互作用
射线与物质相互作用 射线与物质相互作用
中子与物质相互作用
§5.1 重带电粒子与物质的相互作用
一、载能重带电粒子与物质中的能量损失 电离能量损失: 重带电粒子与介质原子的核外电子间的非弹性碰撞使 原子发生激发或电离，损失能量。 电离损失是能量损失的主要方式。
bmin
ze 2 4 0mev2
最大碰撞参数估计
电子获得的能量应大于平均激发能 I
Emin I
E min
2z 2e 4
4 0
2
m
b v2 2
e max
bmax
ze 2
(
2
1
)2
4 0v meI
单位长度路径上损失的能量
dE
dx
2π z 2e 4nZ ln(2mev2 )
反散射的利用与避免
1) 对放射源而言，利用反散射可以提高β 源的产额。
给源加一个高Z厚衬底。
2) 对探测器而言，要避免反散射造成的测量偏差。
使用低Z材料作探测器的入射窗和探测器。
五、正电子与物质作用 电子湮灭
§5.3 射线与物质的相互作用
《原子物理学》杨福家第四版课后答案
《原子物理学》杨福家第四版课后答案目录第一章原子的位形 ...................................... - 1 - 第二章原子的量子态：波尔模型 ............................ - 7 - 第三章量子力学导论 (12)第四章原子的精细结构：电子的自旋 ............................ 16 第五章多电子原理：泡利原理 (23)第六章 X 射线 ............................................. 28 第七章原子核物理概论 ................... 没有错误!未定义书签。
第一章原子的位形 1-1)解：α粒子与电子碰撞，能量守恒，动量守恒，故有：+'='+=e e v m v M v M v M mv Mv ρρρ222212121='-='-?222e e v M m v v v Mm v v ρρρ e v m p ρρ=?e p=mv p=mv ∴??，其大小： (1) 222(')(')(')e m v v v v v v v M-≈+-=近似认为：(');'p M v v v v ?≈-≈22e m v v v M∴??=有 212e p p Mmv ??=亦即： (2)(1)2/(2)得22422210e e m v m p Mmv M-?===p亦即：()ptg rad pθθ?≈=-4～10 1-2) 解：① 22a b ctg Eθπε=228e ；库仑散射因子：a=4)2)(4(420202E Z e E Ze a πεπε==22279()() 1.44()45.545eZ a fmMev fm E Mev πε?=== 当901θθ=?=时，ctg2122.752b a fm ∴== 亦即：1522.7510b m -=?② 解：金的原子量为197A =；密度：731.8910/g m ρ=? 依公式，λ射α粒子被散射到θ方向，d Ω立体角的内的几率： nt d a dP 2sin16)(42θθΩ=(1)式中，n 为原子核数密度，()AA m n n N ρ∴=?= 即：A V n Aρ=(2)由（1）式得：在90o→180 o范围内找到α粒子得几率为：(θP 18022490a nt 2sin ()164sin 2d a nt πθθπρθθ?==?将所有数据代入得)(θP 5()9.410ρθ-=?这就是α粒子被散射到大于90o范围的粒子数占全部粒子数得百分比。
原子物理学杨福家第四版课后答案
原子物理学杨福家第四版课后答案在学习原子物理学这门课程时，杨福家第四版教材是许多同学的重要参考资料。
然而，课后习题的解答往往成为同学们巩固知识、加深理解的关键环节。
以下是为大家精心整理的原子物理学杨福家第四版课后答案。
第一章主要介绍了原子的基本概念和卢瑟福模型。
课后习题中，关于α粒子散射实验的相关问题较为常见。
例如，计算α粒子在不同散射角度下的散射几率，这需要我们深刻理解库仑散射公式以及散射截面的概念。
答案的关键在于正确运用公式，代入相关参数进行计算。
第二章重点是玻尔的氢原子理论。
在课后习题中，经常会出现让我们根据玻尔理论计算氢原子的能级、轨道半径以及跃迁时辐射的光子能量等问题。
以计算氢原子从激发态跃迁到基态辐射的光子能量为例，首先要明确能级公式，然后根据初末态的能级差来计算光子能量。
第三章讲述了量子力学初步。
其中涉及到的薛定谔方程的应用是重点也是难点。
比如，求解一维无限深势阱中粒子的波函数和能量本征值。
在解答这类问题时，需要熟练掌握薛定谔方程的求解方法，结合边界条件确定波函数和能量的表达式。
第四章是原子的精细结构。
这一章的课后习题中，对于碱金属原子光谱的精细结构和塞曼效应的考察较多。
比如，解释碱金属原子光谱精细结构的产生原因，答案要从电子的自旋轨道耦合作用入手，分析能级的分裂情况。
第五章是多电子原子。
在这部分的习题中，经常会要求分析多电子原子的能级结构和电子组态。
例如，确定某个多电子原子的基态电子组态，需要遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。
第六章是在磁场中的原子。
关于原子在外磁场中的塞曼分裂以及顺磁共振等问题是常见的考点。
解答这类题目时，要清楚磁场对原子能级和光谱的影响机制。
第七章是原子的壳层结构。
会涉及到原子核外电子的填充规则以及原子基态的确定等问题。
第八章是 X 射线。
对于 X 射线的产生机制、波长和强度的计算等是常见的习题类型。
第九章是原子核物理概论。
重点是原子核的基本性质、结合能的计算以及核反应等内容。
杨福家-原子物理-第四版-第五章
mZ 2 1 2 1 hv Em En 2 ( c) n2 n'2 （ 1） 辐射单一频率光子，光谱→单条线状光谱 1 1 1 RH 2 2 （ 里德伯方程 2） n m
光谱项
RH T ( n) 2 n
m n 1，n 2,
2 s gs s(s 1)B，gs =2 磁矩： 1 1 j l ,l 0 * 4 2 ( Z ) E0 l 1 磁矩的势能： U s =- s Bl 3 1 2n 2l 1 1 j l ,l 0 2 l
' 原子能级：En =En +Ul +Us
第二辅线系 三个成份 ~ 23P n3S n3 0,1, 2 1 基线系 六个成份
n4
~ 33D n3F 1 2 ~ 32 D n3F 2 2,3 ~ 33D n3F 3 2,3, 4
《原子物理学》(Atomic Physics)
第五章 第四章原子的精细结构 多电子原子：泡利原理
《原子物理学》(Atomic Physics)
第五章 第四章原子的精细结构 多电子原子：泡利原理
5）一种电子态对应于多种原子态。 不仅氦 的能级和光谱有上述特点，人们发现，元素 周期表中第二族元素：
Be(4)、Mg(12)、Ca(20)、Sr(38)、 Ba(56)、Ra(88)、Zn(30)、Cd(48)、Hg(80) 碱土族元素 He：Z=2 的光谱都与氦有相同的线系结构。 Be：Z=4=212+2 2+22)+2 Mg ： Z=12=2 (1 即 原子实+2个价电子。 Ca：Z=20=2(12+22+22)+2 Sr ： Z=38=2(12+22+32+22)+2 Ba ： Z=56=2(12+22+32+32+22)+2 Ra ： 由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子 Z=88=2(12+22+32+42+32+22)+ 各种相互作用引起的. 2
《原子物理学》教学大纲
《原子物理学》课程教学大纲一、课程基本信息英文名称 Atomic Physics 课程代码 PHYS2030课程性质 大类基础课程 授课对象 物理学专业学 分 3 学 时 54主讲教师 修订日期 2021年9月指定教材 杨福家，原子物理学（第四版）[M]， 北京：高等教育出版社，2008.二、课程目标（一）总体目标：使学生通过以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质；学习相关问题所需要的量子力学基本概念，掌握物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创新思维；对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。
（二）课程目标：课程目标1：使学生初步了解并掌握原子的结构和运动规律，了解物质世界的原子特性，原子层次的基本相互作用，为今后继续学习量子力学、固体物理学、近代物理实验等课程打下坚实基础。
课程目标2：在学习原子物理学的过程中引导学生学会近代物理的研究方法，提高其分析问题和解决问题的能力。
课程目标3：使学生了解并适当涉及一些正在发展的原子物理学科前沿，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现，培养其良好的科学素质。
课程目标4：通过重大科学发现过程的讲授和科学家生平事迹的介绍，培养学生树立辩证唯物主义世界观。
通过探究式教学，锻炼学生的科学探究和创新能力。
通过学习和了解人类对物质结构认识的发展史、教材中的重大科学事件和物理学家的传记等，体会物理学家的物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、永攀高峰的责任感和使命感。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1第一章第二章第三章第四章第五章第六章 掌握数学、物理相关的基础知识、基本物理实验方法和实验技能, 具有运用物理学理论和方法解决问题、解释或理解物理规律。
原子物理学杨福家第四版课后答案
原子物理学杨福家第四版课后答案原子物理学是物理学的一个重要分支，它研究原子的结构、性质和相互作用等方面的知识。
杨福家所著的《原子物理学》第四版是一本备受欢迎的教材，为学生深入理解原子世界提供了坚实的基础。
以下是为您精心整理的该教材的课后答案。
第一章主要介绍了原子物理学的发展历程和一些基本概念。
课后习题可能会要求学生阐述卢瑟福散射实验的原理和意义。
卢瑟福散射实验是原子物理学中的一个关键实验，它证明了原子的核式结构。
在回答这类问题时，要清晰地说明实验的步骤、观察到的现象以及得出的结论。
例如，α粒子在穿过金箔时，大部分粒子直线通过，只有少数发生大角度偏转，这表明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。
第二章关于原子的能级和光谱，可能会有关于氢原子光谱线系的计算和解释的题目。
对于氢原子的能级公式和光谱线的频率、波长的计算，需要牢记相关公式并能准确运用。
比如，巴尔末系的波长可以通过公式计算得出，同时要理解为什么氢原子会产生这些特定的光谱线系，这涉及到电子的能级跃迁。
第三章的重点是量子力学初步。
在回答课后问题时，要理解波函数的物理意义以及薛定谔方程的应用。
例如，对于一个给定的势场，如何求解薛定谔方程得到波函数，并根据波函数计算出粒子在不同位置出现的概率。
这需要掌握一定的数学运算和物理概念。
第四章关于碱金属原子和电子自旋，可能会要求分析碱金属原子光谱的精细结构，并解释电子自旋的概念和作用。
在回答这类问题时，要清楚地说明由于电子自旋与轨道运动的相互作用，导致了碱金属原子光谱的精细分裂。
同时，要理解电子自旋的量子特性以及它对原子能级和光谱的影响。
第五章讲到了多电子原子。
这部分的课后习题可能会涉及到多电子原子的能级结构、电子组态和原子态的确定。
回答时需要运用泡利不相容原理、能量最低原理等规则来确定电子的排布，从而得出原子的可能状态。
第六章是在原子的壳层结构基础上，进一步探讨了 X 射线。
对于 X 射线的产生机制、特征谱线以及与物质的相互作用等问题，需要有清晰的理解和准确的表述。
物理原子物理授课计划杨福家第四版
叉叉叉叉叉学期授课计划
（ 2015～ 2016学年度下学期）
主讲教师：职称：周学时数： 4 总学时数：48(理论)
院（系）：物机学院专业：物理学班级：15应用物理学本科学生人数：
课程名称：原子物理学课程类别：专业必修课
选用教材说明：杨福家《原子物理学》，高等教育出版社，2010年，国家级规划教材。
根据学生的实际学习情况和课时安排，教材中有些章节为学生自学课程。
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
1.“课程类别”指通识必修课、通识选修课、专业必修课、专业选修课。
2.“选用教材说明”指所选用教材的类型、作者、出版社、出版日期、对本专业的适用程度及内容上的处理。
3.“教学时数”应填写每次课的教学时数，一般以2学时为一个单位时间填写。
4.“教学内容”应体现具体章节内容，不能仅列出章的名称。
5.“教学形式”指讲授、实验、习题课、讨论课、自学指导、演示、录象示教、上机实习、参观等。
6.“课外作业及辅导类型”指习题、课程论文、调查报告、实验报告、读书报告、查阅文献资料等。
7. 如课程中含实验部分或独立设置的试验课，须在“教学内容（或实验项目名称）”栏中填写所涉及的实验项目名称。
原子物理第五章
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主线系： 主线系：
~ ν =11 S 0 −n1P1
基线系
第一辅线系： 第一辅线系： ν = 2 P 第五章 多电子原子 −n D2 1 ~ =31D −n1F ν 2 3 第二辅线系： ~ 第二辅线系： ν = 21P − n1S
1 1
~
1
0
三层能级 主线系（三个成分） 主线系（三个成分）
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第五章 多电子原子
电势： =24.47伏特 =7.62伏特 电 离 电势： 氦=24.47伏特 镁=7.62伏特 第一激发态： =19.77伏特 =2.7伏特 第一激发态： 氦=19.77伏特 镁=2.7伏特 足见氦的基态是一个很稳定的结构。 足见氦的基态是一个很稳定的结构。
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第五章 多电子原子
小
结:
1、氦和镁的光谱结构基本相同，因为都是二电子体系所产生的。 、氦和镁的光谱结构基本相同，因为都是二电子体系所产生的。
2、它们之间有些差异正反映了原子结构之间的差异。 、它们之间有些差异正反映了原子结构之间的差异。
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第五章 多电子原子
§ 5.2 具有两个价电子的原子态
He：Z=2 He：Z=2 Be：Z=4 Be：Z=4=2×12+2 Mg：Z=12 12= )+2 Mg：Z=12=2×(12+22)+2 Ca：Z=20 20= )+2 Ca：Z=20=2×(12+22+22)+2 )+2 Sr：Z=38 38= Sr：Z=38=2×(12+22+32+22)+2 Ba：Z=56=2×(12+22+32+32+22)+2 Ba：Z=56= )+2 56 Ra：Z=88 88= )+2 Ra：Z=88=2×(12+22+32+42+32+22)+2
原子核物理杨福家 第四版(完整版)课后答案
原子物理习题库及解答第一章1-1 由能量、动量守恒 ⎪⎩⎪⎨⎧'+'='+'=e e e e v m v m v m v m v m v m αααααααα222212121(这样得出的是电子所能得到的最大动量，严格求解应用矢量式子)Δp θ得碰撞后电子的速度 ee m m v m v +='ααα2 p故 αv v e2≈' 由)(105.24001~22~~~4rad m m v m v m v m v m pp tg e e e e -⨯=='∆ααααααθθ1-2 （1） )(8.225244.127922fm ctg a b =⨯⨯⨯==θ （2） 52321321063.91971002.63.19]108.22[14.3--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==nt b NdN π1-3 Au 核： )(6.505.4244.1794422fm v m Ze r m =⨯⨯⨯==αα Li 核：)(92.15.4244.134422fm v m Ze r m =⨯⨯⨯==αα1-4 （1）)(3.16744.1791221Mev r e Z Z E mp =⨯⨯==（2）)(68.4444.1131221Mev r e Z Z E m p =⨯⨯==1-5 2sin /)4(2sin /)4(420222142221θρθr ds t A N E e Z Z ntd E e Z Z N dN p p ⋅=Ω= 42323213)5.0(1105.1105.11971002.6)41044.179(⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--68221090.8197105.144.1795.102.6--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=1-660=θ时，232221⋅==a ctg ab θ 90=θ时，12222⨯==a ctg a b θ 3)21()23(22222121===∴b bdN dN ππ1-7 由32104-⨯=nt b π，得ntb π32104-⨯=由22θctg a b =，得 23233232)67.5(1021811002.614.310410104)2(⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=--- ntctg a π )(1096.5224cm -⨯=)(8.23161096.5)41(2sin )4(2442b a d d =⨯⨯⨯==Ω∴-θσ1-8（1）设碰撞前m 1的速度为v 1，动量为p 1。
原子物理学杨福家1-6章_课后习题答案
原子物理学课后前六章答案（第四版）杨福家著(高等教育出版社)第一章：原子的位形：卢瑟福模型 第二章：原子的量子态：波尔模型 第三章：量子力学导论第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五章：多电子原子：泡利原理 第六章：X 射线第一章 习题1、2解1.1 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为10-4rad.要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动).注意这里电子要动.证明：设α粒子的质量为Mα，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射。
电子质量用me 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲。
α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有：222212121v m V M V M e +'=αα （1）ϕθααcos cos v m V M V M e +'= （2）ϕθαsin sin 0v m V M e -'= （3）作运算：（2）×sin θ±(3)×cos θ,得)sin(sin ϕθθα+=VM v m e （4）)sin(sin ϕθϕαα+='VM V M （5）再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与v化简上式，得（６）θϕμϕθμ222sin sin )(sin +=+ （７）视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有令sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sin θ=0若 sin θ=0, 则 θ=0（极小） （8）（2）若cos(θ+2φ)=0 ,则 θ=90º-2φ （9）将（9）式代入（7）式，有θϕμϕμ2202)(90si n si n si n +=-θ≈10-4弧度（极大）此题得证。
1.2（1）动能为5.00MeV 的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大？（2）如果金箔厚1.0 μm ，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几？要点分析:第二问是90°～180°范围的积分.关键要知道n, 注意推导出n 值.其他值从书中参考列表中找.解：（1）依金的原子序数Z2=79答：散射角为90º所对所对应的瞄准距离为22.8fm.(2)解: 第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来.(问题不知道nA,但可从密度与原子量关系找出)从书后物质密度表和原子量表中查出ZAu=79,AAu=197, ρAu=1.888×104kg/m3依θa2 sin即单位体积内的粒子数为密度除以摩尔质量数乘以阿伏加德罗常数。
原子物理学(杨福家)总结
原子物理学四、五、六、七、八章总结第四章1、定性解释电子自旋定性解释电子自旋和和轨道运动相互作用的物理机制。
原子内价电子的自旋磁矩与电子轨道运动所产生的磁场间的相互作用，是磁相互作用。
电子自旋对轨道磁场有两个取向，导致了能级的双重分裂，这就是碱金属原子能级双重结构的由来这种作用能通常比电子与电子之间的静电库仑能小（在LS 耦合的情况下），因此是产生原子能级精细结构即多重分裂（包括双重分裂）的原因。
2、原子态55D 4的自旋和轨道角的自旋和轨道角动量动量动量量子数是多少？总角量子数是多少？总角量子数是多少？总角动量动量动量在空间有几在空间有几个取向，如何实验证实？自旋量子数：s=2轨道量子数：l=2角动量量子数：J=4总角动量在空间有9个取向。
由于J J J m J −−=,,1,⋯，共12+J 个数值，相应地就有12+J 个分立的2z 数值，即在感光片上就有12+J 个黑条，它代表了12+J 个空间取向。
所以，从感光黑条的数目，就可以求出总角动量在空间有几个取向。
3、写出碱金属原子的能级公式，说明各写出碱金属原子的能级公式，说明各量量含义含义。
22jl njl n Rhc Z E ∆−−=其中，Z：原子序数，R：里德堡常数，h：普朗克常量，c：光速，n：主量子数，jl ∆：量子数亏损。
4、朗德间隔定则德间隔定则：：在三重态中，一对相邻的能级之间的间隔与两个J 值中较大的那个成正比。
5、同科电子：n 和l 二量子数相同的电子。
6、Stark 效应效应：：原子能级在外加电场中的移位和分裂。
7、塞曼效应效应：：一条谱线在外磁场作用下一分为三，彼此间间隔相等，且间隔值为B B µ。
反常塞曼效应：光谱线在磁场中分裂的数目可以不是三个，间隔也不尽相同。
8、帕邢帕邢--巴克效应：在磁场非常强的情况下，反常塞曼效应会重新表现为正常塞曼效应，即谱线的多重分裂会重新表现为三重分裂，这是帕邢和巴克分别于1912和1913年发现的,故名帕邢-巴克效应。
原子物理学杨福家1-6章-课后习题标准答案
原子物理学课后前六章答案（第四版）杨福家著(高等教育出版社)第一章：原子的位形：卢瑟福模型 第二章：原子的量子态：波尔模型 第三章：量子力学导论第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五章：多电子原子：泡利原理 第六章：X 射线第一章 习题1、2解1.1 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为10-4rad.要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动).注意这里电子要动.证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射。
电子质量用me 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲。
α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有：（1）ϕθααcos cos v m V M V M e +'= （2） ϕθαsin sin 0v m V M e -'= （3）作运算：（2）×sin θ±(3)×cos θ,（4）（5）再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与v化简上式，得（６）θϕμϕθμ222s i n s i n )(s i n +=+ （７）视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有令sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sin θ=0若 sin θ=0, 则 θ=0（极小） （8）（2）若cos(θ+2φ)=0 ,则 θ=90º-2φ （9）将（9）式代入（7）式，有θϕμϕμ2202)(90sin sin sin +=-θ≈10-4弧度（极大）此题得证。
1.2（1）动能为5.00MeV 的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大？（2）如果金箔厚1.0 μm ，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几？要点分析:第二问是90°～180°范围的积分.关键要知道n, 注意推导出n 值.其他值从书中参考列表中找.解：（1）依金的原子序数Z2=79答：散射角为90º所对所对应的瞄准距离为22.8fm.(2)解: 第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来. (问题不知道nA,但可从密度与原子量关系找出)从书后物质密度表和原子量表中查出ZAu=79,AAu=197, ρAu=1.888×104kg/m3依θa 2sin即单位体积内的粒子数为密度除以摩尔质量数乘以阿伏加德罗常数。
原子物理第五章
Be(4)、Mg(12)、Ca(20)、Sr(38)、 Ba(56)、Ra(88)、Zn(30)、Cd(48)、Hg(80)
原子实+2个价电子。
由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子各种相互作用引起的.
1）偶性态和奇性态 在量子力学中，微观粒子的状态由波函数 描述。
壹
肆
叁
贰
2) Laporte定则
1
用这种方法进行判定，在实际操作中是很麻烦的，因为的计算 比较困难．
2
不过我们知道，形成光谱的跃迁只发生在价电子上，跃迁前后内层电子的 值并不改变。因此判定跃迁能否发生只要看价电子的 值加起来是否满足（1）式即可。
01
光谱：
02
单线
03
多线
04
四个线系均由单 谱线构成
05
主、锐 线系由三条谱线构成 漫、基线系由六条 谱线构成
06
早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦，而产生单线光谱的称为仲氦。
氦原子的光谱由两套谱线构成，一套是单层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相互跃迁，它们各自内部的跃迁便产生了两套独立的光谱。
G1(s1,s2), G2(l1,l2), G3(l1,s1), G4(l2,s2), G5(l1,s2), G6(s2,l1)
通常，G5,G6比较弱，可以忽略。
根据原子的矢量模型， 合成 ， 合成 ；最后 与 合成 ，所以称其为 耦合。 耦合通常记为:
第二节 两个电子的耦合
第一节 氦的光谱和能级
第三节 泡利原理
第四节 元素周期表
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可见,价电子在碱金属原子中起了十分重 要的作用。
它几乎演了一场独角戏
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
无法解释碱金属双线
H Li Na
Question: 为什么会这样？ 其所反映出的本质是什么？
0.6nm
《原子物理学》(Atomic Physics)
磁相互作用：
第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
n 2 s 1 L j
对于一个l值，原子能级分裂为2个（l≠0），对应的原子态为：
12S1/2；2 2S1/2，2 2P1/2 , 2 2P3/2
光谱项值
8
《原子物理学》(Atomic Physics)
s
p
d
0
l=0
l=1
l=2
5
5
5
锂
10000
4
4
4
原 子
3
3
第
3
一 辅
能
20000
线 第系
级
二 辅 线
《原子物理学》(Atomic Physics)
§24 氦的光谱和能级
波尔模型：
只有一个量子数n来描述一个原子态！ 只考虑电子与原子核的库伦相互作用！ 无法描述复杂原子，甚至是氦原子光谱！
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
波尔模型：
只有一个量子数n来描述一个原子态！ 只考虑电子与原子核的库伦相互作用！ 无法描述复杂原子，甚至是氦原子光谱！
通过前几章的学习，我们已经知道了单 电子和具有一个价电子的原子光谱及其规律， 同时对形成光谱的能级作了比较详细的研究。 弄清了光谱精细结构以及能级双层结构的根 本原因-电子的自旋。
通过前面的学习我们知道：碱金属原子 的原子模型可以描述为：
原子实+一个价电子
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
1 n2
1 n'2
（ 1）
辐射单一频率光子，光谱→单条线状光谱
里德伯方程 光谱项
1
RH
1 n2
1 m2
（ 2）
T (n)
RH n2
m n 1，n 2,
结合公式（1）（2） T (n) En
hc
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
H
H
H
H H H
波长 6562.8 4861.3 4340.5 4101.7 颜色 红 深绿 青 紫
3645.6 A
近紫外
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
磁相互作用：
电子绕原子核运动，会产生磁场Bl；同时电子自旋也会产生
磁场Bs。
轨道角动量： L l(l 1)
例题：写出氢原子n=2,n=3下，所有的原子态，并画出能级跃迁图。
《原子物理学》(Atomic Physics) 第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
对于碱金属原子，是最外层只有一个价电子的独角戏！
多电子原子是指最外层有不止一个价电 子， 换句话说，舞台上不是一个演员唱独角 戏，而是许多演员共演一台戏， 那么这时情 形如何， 原子的能级和光谱是什么样的呢？ 这正是本章所要研究的问题。
“独角戏”怎么唱？
波尔模型：
1.定态假设：电子绕核作圆周运动时，只在某些特 定的轨道上运动，在这些轨道上运动时，虽然有加速度 ,但不向外辐射能量，每一个轨道对应一个定态，而每 一个定态都与一定的能量相对应；
2.频率条件：电子并不永远处于一个轨道上，当它吸 收或放出能量时，会在不同轨道间发生跃迁，跃迁前 后的能量差满足频率法则;
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第五章
多电子原子： 泡利原理
第一节 氦的光谱和能级 第二节 两个电子的耦合
第三节 泡利不相容原理 第四节 元素周期表
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3.角动量量子化假设：电子处于上述定态时,角动量 L=mvr是量子化的.
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氢原子能级(单层能级)
ห้องสมุดไป่ตู้
En
1 2
cZ
me ( n
)2
rn
4 0 n2
mZe2
2
一个能级对应一个轨道
hv
Em
En
mZ 2 2
(
c)2
电子绕原子核运动，会产生磁场Bl；同时电子自旋也会产生
磁场Bs。
自旋角动量：Ls
s(s 1) ，s 1 2
电子自旋运动：
磁矩：
s gs s(s 1)B，gs =2
磁矩的势能：Us =-s
Bl
( Z *)4 E0
2n3 2l 1
l
1
, 1
l
0
1
,
l
0
l
jl1 2
jl1 2
原子能级：En' =En +Ul +Us
电子绕原子核运动： 磁偶极矩： l gl l(l 1)B，gl =1
磁偶极矩磁场中的势能：Ul -l B，l 0,1...n 1
原子能级：En' =En +Ul
原子能级分裂为n个，对于不同的l值，对应的原子态为： S(l=0), P(l=1), D(l=2), F(l=3)…
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s
p
d
f
n
光谱项值
8
0
l=0
l=1
l=2
l=3
5
5
5
5
锂
10000
4
4
4
4 柏 格
原 子
曼
3
3
第
系
3
一 辅
能
20000
线 第系
级
二 辅 线
跃
系
H
7 6 5 4 3
2
迁
30000
图
主2 线 系
跃迁选择定制：△l=±1
40000
2
厘米-1
原子的能态由两个量子数描述（n，l）： 1S; 2S,2P;3S,3P,3D;4S,4P,4D,4F……
跃
系
迁
30000
图
主2 线 系
40000
2
厘米-1
第五第章四多章电原子子原的子精：细泡结利构原理
f
l=3
5 4
柏 格 曼 系
n H
7 6 5 4
3
跃迁选择定制：△l=±1 △j=0,±1
2
主线系 第二辅线系
第一辅线系
线
第
第
第
第
系
四
三
二
一
限
条
条
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