原子物理期末试卷(2010.6)

浙江大学2009–2010学年二学期

《原子物理学》课程期末考试试卷(附有本人吐槽)

请考生仔细阅读以下注意事项： 1. 诚信考试，沉着应考，杜绝违纪。 2. 开课学院：__理学院_

3. 考试形式： 闭 卷，允许带___笔__入场

4. 考试日期： 2010 年 6 月 30 日,考试时间： 120 分钟

考生姓名： 学号： 所属院系： _

一． 填充题

1． 原子的直径大约为1010-数量级； 原子核的直径大约为1510-数量级；原子核的质量大约是原子总质量的%9.99。

2． 原子的外层电子之间的跃迁所放出的光子能量约为eV 数量级；俄歇电子能量约为keV 数量级；内变换电子的能量约为MeV 数量级。

3． 炼钢炉火焰的辐射可近似看成黑体辐射。设原炉温为T 0 ，若将炉温增至02T ，

则其总辐射本领是原来值的16倍。4T P ∝

4． 按照泡利不相容原理，在原子的4s ，4p ，4d 以及4f 四个支壳层中总共可以

填充32颗电子。

5． 处于状态2D 5/2的La 原子束在横向非均匀磁场中分裂成 10 束，

La 原子的轨道角动量为π2/)14(4h +，自旋角动量为π2/)11(1h +，总角动量为

π2/)125(25h +，总磁矩为B μ)12

5(257033+⨯-。

二．简答题

1． 用铁锤可击碎岩石。试用原子间结合能的概念解释这一现象。 答：铁原子间的结合能比岩石间的大，因而原子结合更紧密。

2．原子光谱的精细结构和超精细结构分别是如何引起的？ 答：精细结构：自旋-轨道耦合

超精细结构：磁偶极超精细相互作用，核自旋、磁矩和电四极矩。

3．一块纯铁，在室温下不发光；将其加温至800 0C 左右它开始发红光；加热至1200 0C 以上时，它便发出耀眼的白光。请用玻尔理论解释这一现象。 答：铁的外层电子受激发跃迁回基态时会辐射能量。当加热温度较低，激发到的能态不高，发的辐射频率低；当加热温度较高，激发态也高，发的辐射频率就高，所以800度发红江，1200度发白光。

4． 试描述康普顿效应的实验过程和物理机理。 答：电子散射，X 射线波长变长。

5．在原子核物理中，β衰变有哪三种形式？其物理过程有何不同？ 答：+β，-β，轨道电子俘获（EC ）。

三．计算题 (任意选做7题)

1． 铍原子基态的电子组态是2s2s ，若其中有一颗电子被激发到3p 态，按L-S

耦合法则可形成哪些原子态？写出有关的原子态符号。从这些原子态向低能

态跃迁时可产生几条光谱线？画出相应的能级跃迁图。

2． 电子偶素是由一颗正电子和一颗电子所组成的束缚系统。正电子除了带电 量为+e 外，其余性质和电子完全一样。试求：（1）电子偶素的第一玻尔 轨道半径；（2）电子偶素的电离能；（3）电子偶素与氢原子的里德堡常 数之比值。

)10529.04(10

2

200m e

m a e -⨯== πε

3．利用LS耦合和泡利原理，确定硼(Z=5)和氟(Z=9)原子的基态。

4．在康普顿散射实验中，用钼靶X射线管产生的特征线Kα（波长为0.0709 nm）被石墨散射，若散射角从00 变化至1350，试计算散射X射线波长的变化范围。(电子的康普顿波长λe = 0.00243 nm )

5．在某磁场作用下，钠原子的32P1/2能级分裂后的能量差为2.5×10 - 4电子伏。

试求钠原子的5895.93 Å (3 2P1/2→ 3 2S1/2) 谱线在该磁场中分裂成几条? 每条谱线的波长是多少? 是否属于正常塞曼效应？画出相应的能级跃迁图。

6．在人体的血液中注入放射性同位素24Na（T1/2 = 15 小时）的液体，它的放射性强度为2000 粒子/秒。经过5小时后，取出1立方厘米的血液，测得其放射性强度为16粒子/分。（1）试估算人体中血液的体积；（2）类似方法还有哪些用途？请举例说明。

7．210Po核从基态开始衰变，并伴随发射两组α粒子，其中一组α粒子的能量为Eα1 = 5.30 MeV，另一组α粒子的能量为Eα2 = 4.50 MeV。试计算子核由激发态回到基态时放出γ光子的能量。

8．47 V 既可以发生β+衰变，也可发生K俘获。已知β+的最大能量为1.89 MeV，试求K俘获过程中放出的中微子的能量E v 。