原子物理解答

一：激光原理

受激辐射、粒子数反转。

产生激光的条件：实现粒子数反转。

激光的特性：良好的相干性、良好的单色性、良好的方向性、极高的亮度。 三个基本物理因素：激活物质（工作物质）、激励电源、光学谐振腔。 二：实验

1：夫兰克—赫兹实验

夫兰克—赫兹实验的物理意义：为原子的量子化能级的存在给出了直接的实验验证。要理解几个概念：基态、激发态、第一激发电势、电离、电离电势、第一电离电势。

2史特恩—盖拉赫实验证实了电子有自旋。: 三：碱金属原子

量不仅与主量子数n

有关，还与角量子数l 有关。 ⑵

⑵与氢原子能级公式

相比较，由于 ，碱金属能级比相应的氢原子能级要低。

⑶随着l 的增大， ⊿x 迅速变小， 与n 差别变小，所以n 相同l 不同的几个能级，l 越

大，与氢原子能级差别越小 四：碱金属原子光谱精细结构

主线系、第二辅线系： 双线结构; 第一辅线系、柏格曼线系： 三线结构 从光谱的精细结构规律特点推断得到碱金属原子定态能级的结构特征： ⑴ S 能级（l=0）是单层

的，所有其他能级都是双层的。 ⑵ 对同一l 值，双层能

级的间隔随主量子数n 增加而渐减 ⑶ 对同一n 值，双层能

级的间隔随角量子数l 增加而渐减

电子有自旋运动。电子轨道运动产生的磁场与自旋磁矩。相互作用是碱金属原子光谱产生精细结构的原因。 五：自旋磁矩与轨道运动产生的磁场相互作用引起的能量修正项是： ⑵ 从能级双层结构知道，电子自旋空间取向只有与电子轨道运动产生的磁场方向平行和反平行两种。

六：练习题

1.

当2p→2s 跃迁时，发射的锂的共振线的波长为6708A °，p 项的量子亏损∆p =0.04，试根

据这些数据计算⑴ 共振电势和电离电势。⑵ 以此共振线为起始线的线系限的波长。 2. 铯蒸汽光谱的第二辅线系主线由波长为14695A °和13588A°两条线组成，试求这一线系的其余双线间的间隔，以波数表示

3. 用光谱项的精细结构公式，计算氢原子中电子轨道运动和自旋相互作用，以及相对论修正的能量的最大值。

4. 已知某碱金属原子的价电子从3d 态跃迁到3p 态，考虑精细结构，画出全部可能发生的跃迁。

5.

⑴已知锂原子量子数修正项∆s =0.41，并认为锂离子中的两个1s 电子互相完全屏蔽，估

n

n <*

*n

B E s ls

⋅-=∆μ

计电离锂原子的全部三个电子所需要的总能量（ev ）。

⑵若实际测得电离这三个电子所需的总能量为203.44ev ，试计算锂离子中作用于1s 电子的有效电荷数。

七：练习题

1、某原子的最外层电子有两个，基态时的组态4S4S ，当其中一个被激发。考虑两种情况： ⑴ 此电子被激发到5S 态。 ⑶

它被激发到4P 态。试

求在LS 耦合情况下，这两种电子组态分别组成的原子态，画出相应的能级图，从⑴和

⑵情况形成的激发态向低能级跃迁分别各有几种光谱跃迁？ 2、氦原子光谱中波长为6678A °（1S3d 1S2P ）及7065A°（1S3S

1S2P ）的两条谱线。在磁场中发生塞曼效应时各分裂成几条？分别作出能级跃迁图，问哪一个是正常塞曼效应，哪一个不是，为什麽？ 3.写出Al （Z=13）、Fe （Z=26）的原子基态及其轨道角动量，自旋角动量，总角动量和有效磁矩。

4.对于电子组态3P4d ，在LS 耦合时，⑴写出所有的光谱项，⑵若置于磁场中，问一共分裂出多少个能级？

5．有一氢原子处在l=1、j=3/2的状态中，试求：

⑴在史特恩 — 盖拉赫实验中，将分裂为几条线状痕迹？ ⑵它的总角动量在磁场方向的最大分量？ ⑷

的总磁矩在磁场方向

的最大分量？

6.在某强度磁场作用下，钠的 能级分裂后，其能量差为 ev 。求钠光5896A °

（ ）分裂的四条谱线的波长。（h=4.09×10-15

ev.s,钠光5896A °光子的能量近似为2ev 。） 八：练习题 1、电子在原子中的状态完全由——个量子数决定；它们是——；电子在原子中的分布遵从——原理和——原理。

2、⑴根据泡利不相容原理确定以下各原子核外电子壳层的结构：氦（He 、Z=2）；碳（C 、Z=6）；氩（Ar 、Z=18）；钾（K 、Z=19）。⑵确定这些原子在正常电子组态时可能的光谱项。

3、在0.10A °的X 射线辅照下,某物质的K 吸收限λ0=0.15A °,从K 壳层发射出来光电子的最大动能是多少?

4、试述X 射线的莫塞莱定律，X 射线的K 、L 、M 线系是怎样形成的，绘一简图说明之。 九：练习题

1、已知，钠的同位素 通过发射α粒子而衰变，半衰期τ为4.5×109年(即1.47×1017s).求:⑴衰变常数λ; ⑵1居里的放射性需要多少质量的

2、一个病人服用30μci 的放射性碘 后24h ，测得其甲状腺部位的强度为4μci ，已

知 的半衰期为13.1h ，求在这24h 内多大比例的被服用的 集聚在甲状腺部位了（一般正常人此比例约为15%到40%）。 3、已知 具有放射性，半衰期T=5.23年，求1克 开始时的放射性居里数（1居里等于每秒发生3.7×1010次原子核的衰变）。 4、⑴ 裂变时释放出200Mev 的能量，试计算在裂变过程中，有百分之几的质量转化为能量。

⑵利用上述结果，试计算一个热功率为100万千瓦的核电站连续运转半年所消耗的核燃料

1121P D →0

3

13P S →212

3P 310-21221233S P →U

238I 123I 123

U 238Co 60Co 60U 235U

235

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