由保里不相容原理推得原子核的具体结构
（Paul Lane Exclusion Principle Push the specific structure of atomic
nuclei）
地址：四川彭州市竹瓦中学校邮编：611934
作者：李守安 E-mail:lian0011@https://www.doczj.com/doc/594235716.html,
（Pengzhou City of Sichuan Meng Yang Town zhu wa School
Postal Code ：611934
Author: Li Shou-an E-mail：lian0011@https://www.doczj.com/doc/594235716.html,）
关键词：核力势垒双中子结构单中子结构大树形接触式结构
摘要:“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”，这就是保里不相容原理。由同一轨道上两个电子自旋方向相反，当把观察条件确定后，就能得出以主轴为主的原子核结构粗态形状；再由核内质子间核力势垒图可确定核内质子的组成结构：双中子和单中子结构形态；再由核外电子分层分能级排列规律，确定相关连的核质子具有相同的规律，从而完整得出原子核具体结构。这种结构图可以排出现实中所有原子核及同位素核结构图。也使这断裂100年的理论得到破解，为物理理论发展填上一页空白。
（Key words: Nuclear force barrier Two-neutron structure Single-neutron structure Big tree Contact structure
Abstract: "At the same atom, they can not have exactly the same exercise status exist two electron", which is incompatible with the principle of Pauli. By the same track on both electron spin opposite direction, when the observation conditions are identified, will be able to come to the main axis of the nucleus structure of rough shapes; by proton nuclear potential barrier between the nuclear power plan can be identified with the proton nuclear component structure: Two-neutron and single-neutron structure and morphology;核外电子stratified by sub-level with the law, determine the associated nuclear proton have the same laws, which come complete concrete structure of atomic nuclei. This structure can be from the reality of all nuclei and isotope nuclear structure. Also so that the fracture theory of 100 years to break, for the development of physical theory to fill previous gaps.）
正文：
核物理理论发展到现在，夸克、中微子等理论层出不穷，然而，在核结构核力理论处却形成了一个断层，使科学界对其结构只有猜想：壳层、集体模形等理论。而真正的核结构理论如沉深渊。最关键的问题是：原子核作高速圆周旋转，使所有科学人员用尽所有技术都无从观测静态真像，任何核结构理论变得毫无证据。本文从核外电子强力排列规律作起，反推出原子核具体结构，可排列出现实中所有原子核及同位素的结构，符合核力势垒、核半径测量数据；能解释裂变聚变机理、能解释各类衰变位置等。
一、原子核结构的主轴粗形
保里不相容原理所告诉我们：“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全
相同的两个电子存在”，根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。这样，由电子与核内质子部是一一对应，从氦原子结构就可看出以主轴形为主的核结构粗形（高速旋转成球形）；氦原子外有两个同一轨道的电子，自旋方向必定相反，产生条件非常重要非常关键：第一是观测位置绝对不变，也不会变；第二是整个原子体系总是高速圆周旋转；所以观测到的两个电子状态，一个电子如图1-1：第一个电子A是顺时针旋转，高速瞬间另一个电子转到位置如图1-2：第二个电子B转到观测处是逆时针旋转。这两个电子处于同一轨道，这两个电子的自旋方向完全相反。我只是把两个本就存在的重要条件说明一下，于是发现了一个重要理论：整个原子是在一个主要轴上同向高速自旋，又绕原子中心作高速立体圆周旋转（球形）；很容易得到原子核本身就在一个主轴上组合而成核结构。如图1-1和图1-2
近100年前的保里不相容原理应该得到有条件的更证：条件是在实际观测中，
“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”；当条件是原子固定不动时，同一轨道上的两个电子将在同一轴上同向自旋。
当原子核主要以主轴高速旋转，可以使质子数大的核成为仿垂形或哑铃形，当原子核主要以圆周旋转时，可以使原子核成球形，这点实验早就观察得出其形状（真正静态观察实验是永远不会有的）。从上图得出原子核在同一主轴组成，但图中氦核为什么是两质子间隔2个中子组成？这种双中子结构是组成原子核的基本结构吗？这个理论要从核力势垒说起。
核力是两种不同性质的力的组合，在相邻两质子之间表现出的核力势垒图如图1-3.
从图中可看出质子之间间距在约0.7—3个质子直径之间表现出引力，在这区间之外表现出斥力。原子核的高速旋转中每个核子必须具有向心力，所以核子间只能表现出引力才能组成原子核。从图中还可发现在1.7R--4R之间引力最强，从这点可推断：质子之间是以间隔1个中子或2个中子组成原子核的；中子于核内只表现出引力，保护着相邻两质子靠近或过远产生斥力而分离；间隔1个中子或2个中了后每个核子还具有多余的引力，这个多余的引力正好作为核子高速园周旋转的向心力。单中子结构和双中子结构就是原子核的基本结构形式。
（原子核高速园周旋转主因就是核子间有多余的引力）
二、原子核内质子的具体排列结构是怎样的？还是得从核外电子排列说起。
“能量最低原理自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定”。原子中的电子也是如此。根据以上原则，电子在原子轨道中填充排布的顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d…。”
“洪特原理在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数目最多时，原子的能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道”
“由保里不相容原理得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。第一电子层（K层）中只有1s亚层，最多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第三电子层（M层）中
包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。”
如果核内质子的排列也遵守类似的规律，我们用大写字母表示质子的亚层结构，则会出现能量最低原理：质子在原子核轨道中填充排布的顺序为1S 2S 2P 3S 3P 4S 3D 4P 5S 4D5P 6S 4F 5D 6P 7S 5F 6D…。”
洪特原理：在能量相等的轨道上，自旋平行的质子数目最多时，原子核的能量最低。所以在能量相等的轨道上，质子尽可能自旋平行地多占不同的轨道，也就是半满、全满、全空状态。
保里不相容原理：S亚层只有1个轨道，可以容纳两个同轴自旋的质子；P亚层有3个轨道，总共可以容纳6个质子；D亚层有5个轨道，总共可以容纳10个质子；F亚层有7个轨道，总共可以容纳14个质子。第一质子层（K层）中只有1S 亚层，最多容纳两个质子；第二质子层（L层）中包括2S和2P两个亚层，总共可以容纳8个质子；第三质子层（M层）中包括3S、3P、3D三个亚层，总共可以容
纳18个质子……第n层总共可以容纳2n2个质子。
按以上排列的质子又是如何组成核结构的呢？大自然给与我们太多的提示：你看看周边的大树，它们在主干上先分出三支小节，第二层分出的小节上又分出4-5节小节，第三层最外小节上分出6-7支小节，而顶层总是2-3支小节或一支小主干。
原子核结构与大树结构类似，我就叫它：大树形接触式原子核结构。
如果所有S亚层质子都排列在主干轴上，1S亚层以单中子结构组成，其余S
亚层以双中子结构组成；在2S亚层旁边分出三支2P亚层，且以单中子结构组成；多质子大核以主要形式排列到第2层后，首尾质子因核力作用而明显偏离轴心，为了加强核力和整体的稳定，就由同等地位的3支P质子组成三角分支结构，这3个P支节在主轴S层质子上取名为3支P亚层。稳定态时，这3支P亚层分支与主轴正好形成四面体，称之为：三角四面体结构，在三角分区之后的结构是以双中子次要形式组成。第3层以后的分支又可在3支P亚层分支上生长出5支D亚层分支，第4层以后的5支D亚层分支上又可分生出7支F亚层分支，各亚层分支由能极高低和轨道数决定。所有亚层分支结构形式都是单中子形主要结构形式。多支节大核的分支以2支或3支组成体系，由各体系组成趋三角四面体形，总体核的形状仍以主轴为中心组成趋三角四面体形结构的亚稳定结构。整个多质子大核结构形如一棵理想大树：有主干、有分支、有次分支，有主根、有分根、有次分根……它以主轴为主体、以三角四面体为根本，首尾三角四面体形结构组成为最稳定结构。
为什么2S后主轴以双中子结构组成？双中子结构核力较弱（核力势垒可见），而2S上的三支2P支节会随主轴高速小圆环旋转，旋转产生的电流环与相邻质子自旋同向，由此产生的安培力引力较强，从而增大了相邻间的核力。若以单中子结构组成则因相邻质子太多库仑斥力太大而排斥。主轴尖为什么以三角四面体结构？也是同样道理。
电子分层，质子也分层，电子最外以s或p亚层结束，质子也是S或P亚层且组成三角四面体形。由此可见核外电子的所有排列规律全部由核内质子排列决定的。
这就是核的形状。当核高速园周旋转时，从外界观察可以发现它形如“球形”，当核主要以主轴方式旋转时，从外界观察可以发现它形如“仿垂形”。不旋转（现实中是不可能的）观察就象一棵理想的大树。所以，把本文推导得出的核结构叫做大树形接触式原子核结构。如下图1-4钴60核的结构图：
1956年李政道、杨振宇推断弱相互作用中“宇称不守恒”，建议用β衰变电子的角分布来推断。1957年吴建雄等完成了此项实验：(文献1)
“把β衰变的钴60核（60 C O）放在强磁场中，温度降到1K以下，最后达到0.004K，这样有60％的钴60核（60C O）磁矩取顺磁场方向。低温下原子核热运动减低，以免扰乱原子核的有序化。实验发现，60％的β射线从反磁场方向发射出来，40％的β射线从顺磁场方向发射出来。” 实验证明：钴60核（60 C O）β衰变发生在核磁的南极，或说是逆磁方向，也就是图1－4的X处。实验映证：核结构排列总是在核磁北极排满后才在核磁南极排列。实验映证：衰变后的三角形比衰变前稳定得多。从整个核结构可以直观看出核结构是非对称的，反过来说明弱相互作用时宇称不守恒的原因。
特别更证：从结构上说“宇称不守恒”其实是核的结构并不是对称性质的，总是N极大，S极小。
洪特原理：在能量相等的轨道上，自旋平行的质子数目最多时，原子核的能量最低。所以在能量相等的轨道上，质子尽可能自旋平行地多占不同的轨道，也就是半满、全满、全空状态。5个3D质子全排在下部（N极）符合半满状态，上部2支3D质子出现不稳定状态（一眼看出结构根本不和谐），因此在止处经β衰变后变成了Ni核，使外层非三角体形结构衰变后成为三角体形结构，从而核变为稳定结构。
在原子核内，中子的主要作用有点是保护性质的作用，中子的多少与核的自旋和稳定有关，转动平稳、结构稳定的核相应中子数就多些。
原子同位素核的结构，按核的主要结构形式和次要结构形式组合后余下的中子怎样排列？余下的中子将占据下一个质子能极的位置。对于大核余下的中子太多，它不仅占据下一位质子能级位置，还将占据更下级的第二、三能极的位置。在大核分支处核力加强，园周旋转慢，外围需要的向心力小，在亚层分支之间处也可吸引一些中子（排列规律之外，亚层分支之间处）；因为质子与质子的库仑斥力，使这些地方不能排上1个质子，只能吸引排列一些中子。所以，越大的、转动越慢的核吸引的中子数越多。
三、大树形接触式原子核结构的间接证据（因高速旋转，故永远无直接证据）
1、大家一起看看核结构的主轴长与原子核的直径有什么关系？
卢瑟福用α 粒子打击原子核发生散射的方法，求得核的大小，即所认为的核半径大小：计算方法是：由能量守恒定律与角动量守恒定律得到核半径公式，算出核
的半径。（文献2）由以上实验测得下例一些原子核的半径：
钴60核（60 C O）半径大小为：1.58×10－14 米。
银核半径为：2×10－14米。
通过对树形核结构模型的主轴直接测量，可以得到核的主轴长。这个长度正好与卢瑟福实验的核半径大小相吻合（在实验误差内）。
科学家测得1个质子半径（也是1个中子半径）约为0.8×10－15 米。树形核结构主轴长正好是主轴上所有质子和中子直径的总和（不计支节）。对于钴60核（60 C O）主轴上有8个S层质子和12个中子，所以，计算出半径总和为：
R＝（8＋12）×0.8×10－15 米＝1.6×10－14 米。（与测量值相差0.02×10－14 米）对于银108 Ag 核主轴上有10个S层质子和16个中子，所以主轴半径总和为：R＝（10＋16）×0.8×10－15 米＝2.08×10－14 米。（与测量值相差0.08×10－14
米）
从以上实验和测量可看出，在实验误差范围内，卢瑟福实验测出的核直径正好等于大树形核结构的主轴长。至于为什么有一点误差？那主要是对高速旋转的核进行实验有测不准的原因，核本身高速自旋、实验碰撞时大核也可能要发生偏移；还可能是受支节核力的影响，因而产生误差。仔细看看可以发现：是卢瑟福实验的测不准，还是大树形核结构不对呢！
2、铀235裂变产物为什么没均匀分布
重核裂变的机制：中子打进铀235后，形成一个新的处于激发态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核力迅速减少，不足以克服质子间的库仑力，核就分裂成两部分或三、四部分。裂成三、四部分的机率很小，是裂成两部分机率的千分之三和万分之三，裂成两部分机率最大。看裂变分布图图1-5：
．．原子核裂变产生巨大的能量，裂变过程是首先以不太快的中子打击U235铀核，短时的形成U236铀核，U236铀核存在短时间后,马上分裂出两个或更多的核，裂变产物分布不是大小一样的平均分配（也就是说：不是从U236铀核中心断裂），而是在核子数为96和139左右两个地方占主要部份,也就是核结构的双中子结构部位。为什么呢？
双中子结构是核力较弱之处，而打击进入的中子与双中子组成三中子结构，由核力势垒图可见，三中子结构只有微弱的引力不足以组成核结构（激发态的核），上部质子都处于激发态正向基态回归一样，调节速度太慢，所用时间太长；当三支2P质子脱离2S的接触位置向上飘移时，三中子结构已经断裂开，并在此位置放出1－2个中子，所用时间约为10－12秒，此时，三支2P质子将继续向上飘移并与上部核组成新的大核，下部核也调整组成新的大核。U236铀核由此断裂成两个大核如图1-6所示：
3、氢核聚变成氦核这两个实验可以做一做
3H + 2H—→4He + 1n + 1.76×107eV
按能量最低原理，氘的中子是应该排列在核磁N极，氚核中子应该上下各排列一个。
实验一：氘、氚两个S极相碰撞或两个N极相碰撞都不能聚合在一起。当氘核的S极与氚核的N极相碰撞时产生氦核不会是氦4（4He）反而可能是氦3（3He）。
带着强大能量的氘核碰撞到氚核后，部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给氚核S极最末的一个中子，这个中子得到能量并克服质子的吸引飞出核外。如图1-7所示。
首先从S极放出一个快中子，再从N极放出一个慢中子，最后可能成为一个中子的氦核。
实验二：当用氘核（子弹）的N极与氚核（靶子）的S极相碰撞时产生氦核是氦4（4He））。带着强大能量的氘核碰撞到氚核后，部份能量像钢体性弹性碰撞一
样顺次传递给氚核N极最末的一个中子，这个中子得到能量并克服质子的吸引飞出核外。如图1-8所示。
只要验证中子是在N极飞出，这个实验就是正确的。
4、1-20原子核结构图部分
总之还有许多观点都能证明大树形核结构的论点：核的非对称性（宇称不守恒），碳核的三角四面体对映的碳的电子云图，核力有心力，核力相邻短程，氧族α衰变后成为了稳定，稳定的核族总有主轴形或三角四面体形。
就是佛教源泉在印度的《吠陀》，意译为《知识》，其中精华要指《奥义书》，其中有三大主神："毗湿奴（Vishnu）"许多形象之一就是"黑天"，它是宇宙的保护神。这"毗湿奴"与中子有关系？，"难近母（Divine mother）"以多种形象表现出宇宙的女性力量的原神；还以"湿婆"的妻子身份出现。这"难近母"与电子有什么关系？"湿婆(shiva)"他有许多种形式，其中最著名的就是"舞蹈之王"，是创造和毁灭之神，他用他的舞蹈保持宇宙永不停止的节奏。这"湿婆"与高速自旋的质子有关系吗？
文献1：杨福家著《原子物理》1985年8月第一版，上海科学技术出版社；第20页、342页、347页、352页、332页等。
文献2：褚圣麟《原子物理》第17页、331页、407页。
文献3：胡镜寰、王忠烈、刘玉华编《原子物理学》1989年3月北京师范大学出版，第2文献166页、253页、270页、275页。
文摘：https://www.doczj.com/doc/594235716.html,/wuli-kg/g2/g2-16d/16d-z/8.htm裂变和聚变·知识点精解
泡利不相容原理 学号：201001071452 姓名：孙梦泽 摘要：科学实验还告诉我们，在一个原子里不可能存在着电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况完全相同的两个电子。这个原理叫泡利不相容原理。泡利原理是多电子原子核外电子排布应遵守的基本原理，也称为泡利不相容原理。 关键字：泡利；原子核；电子自旋；不相容 作者简介：孙梦泽，黑龙江鹤岗人，黑龙江大庆师范学院物理与电气信息工程学院物理学物本一班 0引言 在同一个原子中不能容纳运动状态完全相同的电子，即，不能容纳4个量子数完全一样的电子。氦原子中的2个电子主量子数n、角量子数l、磁量子数m都相同(n=1，l=0，m=0)，但自旋量子数ms必须不同，一个是+1/2，另一个是-1/2。每个原子轨道中最多容纳两个自旋方向相反的电子。 1泡利原理： 由于不同电子层具有不同的能量，而每个电子层中不同亚层的能量也不同。为了表示原子中各电子层和亚层电子能量的差异，把原子中不同电子层亚层的电子按能量高低排成顺序，像台阶一样，称能级。例如，1s能级，2s能级，2p能级等等。可是对于那些核外电子较多的元素的原子来说．情况比较复杂。多电子原子的各个电子之间存在着斥力，在研究某个外层电子的运动状态时，必须同时考虑到核对它的吸引力及其它电子对它的排斥力。由于其它电子的存在。往往减弱了原子核对外层电子的吸引力，从而使多电子原子的电子所处的能级产生了交错现象。 泡利原理、不相容原理：一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。如氢原子的两个电子，都在第一层（K层），电子云形状是球形对称、只有一种完全相同伸展的方向，自旋方向必然相反。核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。 能量最低原理在核外电子的排布中，通常状况下电子也总是尽先占有能量较低的原子轨道，只有当能量较低些原子轨道占满后，电子才依次进入能量较高的原子轨道，这个规律称能量最低原理。 洪特规则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同．后来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪
一、 填空题（每空1分，共10分） 1、钢材的两种破坏形式分别为脆性破坏和 。 2、焊接的连接形式按构件的相对位置分为 、搭接、角接和T 形连 接。 3、钢结构中轴心受力构件的应用十分广泛，其中轴心受拉构件需进行钢结构强度和 的验算。 4、轴心受压构件整体屈曲失稳的形式有 、和 。 5、梁整体稳定判别式11l b 中，1l 是 1b 。 6、静力荷载作用下，若内力沿侧面角焊缝没有均匀分布，那么侧面角焊缝的计算长度不宜大于 。 7、当组合梁腹板高厚比0w h t ≤ 时，对一般梁可不配置加劲肋。 二、 单项选择题（每题2分，共40分） 1、有两个材料分别为Q235和Q345钢的构件需焊接，采用手工电弧焊， 采用E43焊条。 (A)不得 (B)可以 (C)不宜 (D)必须 2、工字形轴心受压构件，翼缘的局部稳定条件为y f t b 235) 1.010(1λ+≤，其中λ的含义为 。 (A)构件最大长细比，且不小于30、不大于100 (B)构件最小长细比 (C)最大长细比与最小长细比的平均值 (D)30或100 3、偏心压杆在弯矩作用平面内的整体稳定计算公式
x 1(10.8') mx x x x Ex M f A W N N βN ?γ+≤-中，其中，1x W 代表 。 (A)受压较大纤维的净截面抵抗矩 (B)受压较小纤维的净截面抵抗矩 (C)受压较大纤维的毛截面抵抗矩 (D)受压较小纤维的毛截面抵抗矩 4、承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是 。 (A)抗拉强度、伸长率 (B)抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 (C)抗拉强度、屈服强度、伸长率 (D)屈服强度、伸长率、冷弯性能 5、随着钢材厚度的增加，下列说法正确的是 。 (A)钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均下降 (B)钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均有所提高 (C)钢材的抗拉、抗压、抗弯强度提高，而抗剪强度下降 (D)视钢号而定 6、在低温工作(-20oC)的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需要 的指标是 。 (A)低温屈服强度 (B)低温抗拉强度 (C)低温冲击韧性 (D)疲劳强度 7、直角角焊缝的有效厚度e h 的取值为 。 (A)0.7f h (B)4mm (C)1.2f h (D) 1.5f h 8、对于直接承受动力荷载的结构，计算正面直角焊缝时 。 (A)要考虑正面角焊缝强度的提高 (B)要考虑焊缝刚度影响 (C)与侧面角焊缝的计算式相同 (D)取f β＝1．22 9、单个螺栓的承压承载力中,[b b c c N d t f =?∑]，其中∑t 为 。 (A)a+c+e (B)b+d (C)max{a+c+e ，b+d} (D)min{ a+c+e ， b+d} 10、承压型高强度螺栓可用于 。
第五章 多电子原子:泡利原理 §5-1 氦光谱和能级 氦原子是1868年分析日全蚀光谱时发现的,30年后在地球矿物中找到.实验表明,氦及元素周期表第二族元素铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱结构相仿.氦原子光谱的特点（详见P.213氦原子能级图）（氦能谱的以上4个特点分别包含着4个物理概念）: 1）明显地分成两套谱线系,左边一套为单层,右边一套多为三层;两套能级间无跃迁,各自内部的跃迁产生了两套独立的光谱.每一套都象碱金属原子光谱一样含有主线系,辅线系和伯格曼系等.但两套线系的构成截然不同. 2）存在几个亚稳态,表明某种选择规则限制了这些态以自发辐射的形式发生衰变; 3）基态01S 1与第一激发态13S 2间能量相差很大,为eV .7719;电离能也是所有元素中最大的,为 eV .5824; 4）在三层结构那套能级中没有来自2(1S)的能级. §5-2 电子组态和原子态 1.电子组态:原子中各电子状态的组合 描述一个电子的状态可用s l m m l n 、、、四个量子数. 考虑电子的自旋－轨道相互作用,s l m m 、不再有确定值,则电子的状态用j j m l n 、、、描述. 氢原子只有一个电子,在不考虑原子核运动时,电子状态就表示原子状态. 对于碱金属原子,理论上可证明原子实的总角动量为0且不易被激发,被激发的只是价电子,可认为价电子的状态就表示碱金属原子状态. 多电子原子则必须考虑电子间的相互作用,原子的状态是价电子运动状态的耦合. 由于轨道运动的能量只取决于量子数l n 、,所以常用nl 来标记电子状态. 例如:氢原子处于基态时,电子处于01＝、＝l n 的状态,记为s 1;氦原子处于基态时,两个电子都 处于s 1态,则用两个电子状态的组合s 1s 1或2 1s 来表示;若一个原子有3个电子,其中两个处在 0,2==l n 的状态,另一个处在1,2==l n 的状态,则电子组态为p s 222 . 在给定的电子组态中,各电子的轨道角动量大小是确定的,但其轨道角动量和自旋角动量的方向不确定.因此每一个电子组态可耦合成若干原子态,由同一电子组态耦合 成的不同原子态将且具有不同的能量,因为不同的角动量耦合产生的附加能量不同. 2.价电子间的相互作用 价电子间的相互作用除电子自身的轨道与自旋耦合外,电子间的轨道与轨道、自旋与自旋、轨道与自旋等角动量都要发生耦合作用.如两个价 电 子 间 可 有 6 种 耦 合 方 式 （ 如 图 示）:),(),(),(),(),(),(126215224113212211s l G s l G s l G s l G s s G l l G 、、、、、.
2011年课程考试复习题及参考答案 钢结构设计原理 一、填空题： 1.钢结构计算的两种极限状态是和。 2.提高钢梁整体稳定性的有效途径是和。 3.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 4.钢材的破坏形式有和。 5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用的方法来保证，而腹板的局部稳定则 常采用的方法来解决。 6.高强度螺栓预拉力设计值与和有关。 7.角焊缝的计算长度不得小于 40 ，也不得小于 8hf ；侧面角焊缝承受静载时，其 计算长度不宜大于 60hf 。 8.轴心受压构件的稳定系数φ与、和有关。 9.钢结构的连接方法有、和。 10.影响钢材疲劳的主要因素有、和。 11.从形状看，纯弯曲的弯矩图为，均布荷载的弯矩图为，跨中 央一个集中荷载的弯矩图为。 12.轴心压杆可能的屈曲形式有、和。 13.钢结构设计的基本原则是、、 和。 14.按焊缝和截面形式不同，直角焊缝可分为、、 和等。 15.对于轴心受力构件，型钢截面可分为和；组合截面可分为 和。 16.影响钢梁整体稳定的主要因素有、、、 和。 1.承载能力极限状态，正常使用极限状态 2.加强受压翼缘，减少侧向支承点间的距离（或增加侧向支承点） 3.螺栓材质，螺栓有效面积 4.塑性破坏，脆性破坏 5.限制宽厚比，设置加劲肋 6.性能等级，螺栓直径
7.8h f，40mm，60 h f 8.钢号，截面类型，长细比 9.焊接连接，铆钉连接，螺栓连接 10.应力集中，应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构），应力循环次数 11.矩形，抛物线，三角形 12.弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲 13.技术先进，经济合理，安全适用，确保质量 14.普通缝，平坡缝，深熔缝，凹面缝 15.热轧型钢，冷弯薄壁型钢，实腹式组合截面，格构式组合截面 16.荷载类型，荷载作用点位置，梁的截面形式，侧向支承点的位置和距离，梁端支承条件 二、问答题： 1.高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？ 2.焊缝可能存在哪些缺陷？ 3.简述钢梁在最大刚度平面内受荷载作用而丧失整体稳定的现象及影响钢梁整体稳定的主要因素。 4.建筑钢材有哪些主要机械性能指标？分别由什么试验确定？ 5.什么是钢材的疲劳？ 6.选用钢材通常应考虑哪些因素？ 7.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？ 8.焊缝的质量级别有几级？各有哪些具体检验要求？ 9.普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？ 10.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？ 11.轴心压杆有哪些屈曲形式？ 12.压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？ 13.在抗剪连接中，普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接的传力方式和破坏形式有何不同？ 14.钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？ 15.对接焊缝的构造有哪些要求？ 16.焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影 响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？ 17.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施 是什么？ 18.角焊缝的计算假定是什么？角焊缝有哪些主要构造要求？ 19.螺栓的排列有哪些构造要求？ 20.什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？
16、基本定律、原理 1、质量守恒定律 参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。又名“物质不灭定律”。 2、阿伏加德罗定律 在相同的温度和压强下，相同何种的任何气体都含有相同数目的分子。 ※每有“三同”，必有第四同，此定律又叫“四同定律”。 阿伏加德罗定律的推论： （1）同温同压同体积的不同气体，质量比等于分子量之比，等于密度之比，等于相对密度。 （2）同温同压不同体积的气体体积之比等于物质的量之比。 （3）同温同压同质量的气体，体积之比等于分子量比的反比。 3、勒沙特列原理 如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、温度或压强等），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。 4、原子核外电子排布的规律 ①泡利不相容原理 在同一个原子里，没有运动状态四个方面完全相同的电子存在。 电子层 核外电子运动状态的四个方面电子亚层（形） 电子云的空间伸展方向（伸） 电子的自旋（旋） ②能量最低原理 在核外电子的排布中，通常善下电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当这些轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道。 ③洪特规则 在同一电子层的某个电子亚层中的各个轨道中，电子的排布尽可能分占不同的轨道，而且自旋方向相同，这样排布整个原子的能量最低。 5、元素周期律 元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性的变化。 原子半径 化合价 元素的性质指金属性、非金属性 气态氢化物的稳定性 最高价氧化物对应的水化物的酸性、碱性 6、相似相溶原理 由极性分子组成的溶质易溶于由极性分子组成的溶剂中；由非极性分子组成的溶质易溶于由非极性分子组成的溶剂中。 17、比较微粒半径大小的依据 在中学要求范畴内可按“三看”规律来比较微粒半径的大小： 一看电子层数：在电子层数不同时，电子层越多，半径越大； 二看核电荷数：在电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小； 三看电子数：在电子层数和核电荷浸透均相同时，电子数越多，半径越大。 ※注：此规律对于原子、离子之间的半径比较均适用。 18、关于“化学键”的种种提法 1、只有非极性键的物质 H2、O2、N2等，金刚石、单晶硅、P4、S2、S4…（同各非金属元素构成的单质） ２、只有极性键的物质 HX、CO、NO、NH3、CS2、BF3等（不同种元素构成的化合物） 3、既有极性键，又有非极性键的 H2O2、CH2=CH2、CH≡CH、C6H6等 4、由强极性键构成，但又不是强电解质的：HF（特指） 5、只有离子键的物质 CsCl、NaCl、Na2O、K2O、NaH、KH等（固态） 6、既有离子键，极性键，又有非极性键 酚钠、醇钠、羧酸钠等 7、既有离子键，又有非极性键 Na2O2、FeS2、CaC2等 8、有离子键，共价键，配位键 铵盐 9、有共价键，又有配位键 NH4+、H2O+ 10、只有共价键，没有范德华力的物质 金刚石、单晶硅、SiO2、SiC
固体物理期末试卷及参 考解答B IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
课程编号： 课程名称： 固体物理 试卷类型： 、 卷 卷 考试时间： 120 分钟 1．什么是晶面指数什么是方向指数它们有何联系 2．请写出布拉格衍射条件，并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。 3. 为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的相互作用力除吸引力还要有排斥 力排斥力的来源是什么 4．写出马德隆常数的定义，并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常 数。 5．什么叫声子？长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别？ 6．温度降到很低时。爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大，但此时，德拜模型却与 实验结果符合的较好。试解释其原因。 7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么费米能与那些因素有 关 8．什么是弱周期场近似按照弱周期场近似，禁带产生的原因是什么 9. 什么是本征载流子什么是杂质导电 10．什么是紧束缚近似按照紧束缚近似，禁带是如何产生的
二、计算题（本大题共5小题，每小题10分，共50分） 1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体，电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移，证明在这一位移下系统是稳定的，并给出这一小振动问题的特征频率。 2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示，证明：对于 面心立方格子，i n 的和为偶数。 3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小，有效质量m m 1.0=*，当导带电子具有k T 300=的平均速度时，计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。 4. 对于原子间距为a ，由N 个原子组成的一维单原子链，在德拜近似下， （1）计算晶格振动频谱； （2）证明低温极限下，比热正比于温度T 。 5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构， （1）画出前三个布里渊区； （2）求出每原子有一个自由电子时的费米波矢； （3）给出第一布里渊区内接圆的半径； （4）求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数； （5）平均每原子有两个自由电子时，在简约布里渊区中画出费米圆的图形。 固体物理B 卷 参考答案 一、简答题（本大题共10小题，每小题5分，共50分） 1．晶面指数：晶面在在坐标轴上的截距的倒数的最简整数比。 方向指数：垂直于晶面的矢量，晶面指数为（hkl ）,则方向指数为[hkl] 联系：方向[hkl]垂直于具有相同指数的晶面(hkl).
第一章 原子模型 1．原子的大小和质量 原子的线度r 约在10-10米数量级. 原子的质量使用原子质量单位u,1u 为1个碳原子12C 质量的1/12, 1u=1.6605402×10-27千克. 2．卢瑟福核式结构 几种结构模型：汤姆逊枣糕模型（西瓜模型）、长冈半太郎土星模型、卢瑟福核式结构模型。 卢瑟福核式结构模型：原子是由原子核和核外电子组成的,原子核带正电荷Ze ,几乎集中了原子的全部质量,核外电子在核的库存仑场中绕核运动.与实验结果符合最好。 原子核的线度r 为10-14～10-15米的数量级. 3.α粒子散射理论（验证模型的理论） 偏转角与瞄准距离的关系: 22θcot a b = 或 ctg θ/2=4πεоMv 2/(2Ze 2)b 卢瑟福散射公式: 原子核半径大小的估算公式: )2(12θcsc +=a r m 或 )21(1241 220θπεsi n +=Mv Ze r m 第二章玻尔模型 纲 要 1．里德伯(J.R.Rydberg)方程: （1）氢、类氢离子的里德伯方程的波数表示形式 ??????-=≡22111n m R H λν~ ??????-=≡22111n m R Z A λν~ （2）里德伯方程的光谱项表示形式 ν~=T (m)-T (n), （3）氢、类氢离子里德伯方程的能量表示形式 []2211n m hcR Z c h h A -==λν 2n Rhc Z E n -= eV Rhc 613.= 2 1)441()(4 22 210θπεθσsin E e Z Z c =
2. 里德伯公式对应的轨道跃迁、能级跃迁两种形象表示 3．其他一些相关量 （1）氢、类氢原子的里德伯常量 M m R R A +=∞11 （2）能级间跃迁两能级能量差E 和波长、波数的关系 E nmKeV 241.=λ nmKeV E 2411.~==λν （3）氢原子、类氢原子轨道半径公式 n a r n 1= a 1=0.053nm （4）氢原子电子速度公式 n c V n α= α=1/137 4．一些相关思想 （1） 普朗克为了解释黑体辐射实验，引入了能量交换量子化的假说：E =h ν:普朗克常量h 的物理意义是：h 是能量量子化的量度，即能量分立性的量度。 爱因斯坦发展了普朗克的假说，引入了光量子的概念，以解释光电效应。他提出光子的能量E =h ν(在1917年，又提出光子的动量p =hν/c),从而把表征粒子特性的量（能量和动量）与表征波性的量（波长或频率）联系起来，其间的桥梁是普朗克常量。 （2） 19世纪末，物理学家开始敲开原子的大门，他们发现了电子的电荷e 和质量m e ，但是，单靠这两个常量既不能决定原子体系的线度，也不能决定它的能量；线度与能量，总是表征物理结构任一层次的两个基本特征量，还缺少一个常量，它正是普朗克常量。 尼尔斯.玻尔把h 与e 和m e 结合起来，导出了表征原子体系的线度： 线度 nm e m r e 0.0529422 01== πε 能量 eV c m E e 13.6)(212==α 注意：乘积 02 4πεαe c =，并不不包含c ,c 在这里只是非本质地出现。
1试写了德布罗意公式或德布罗意关系式，简述其物理意义 答：微观粒子的能量和动量分别表示为： ων ==h E k n h p ==?λ 其物理意义是把微观粒子的波动性和粒子性联系起来。等式左边的能量和动量是描述粒子性的；而等式右边的频率和波长则是描述波的特性的量。 2波函数的统计解释是：波函数在空间中某一点的强度（振幅绝对值的平方）和在该点找到粒子的几率成正比。按这种解释，描写粒子的波是几率波。 3试说明式子2211??ψc c +=的含义，并指出在状态ψ 中测量体系的能量的可能值及其几率。 答： 2211??ψc c +=的含义是：当粒子处于1?和2?的线性叠加态ψ时，粒子是既处于 1?态，又处于2 ?态。或者说，当1?和2?是体系可能的状态时，它们的线性叠加态ψ 也是体系一个可能的状态；或者说， 当体系处在态 ψ 时，体系部分地处于态 1?、2?中。 在状态 ψ中测量体系的能量的可能值为1E 和2E ，各自出现的几率为 2 1 c 和 2 2 c 。 4什么是定态？定态有什么性质？ 答：定态是指体系的能量有确定值的态。在定态中，所有不显含时间的力学量的几率密度及向率流密度都不随时间变化。 5 什么是全同性原理和泡利不相容原理？两者的关系是什么？ 答：全同性原理是指由全同粒子组成的体系中，两全同粒子相互代换不引起物理状态的改变。 泡利不相容原理是指不能有两个或两个以上的费米子处于同一状态。 两者的关系是由全同性原理出发，推论出全同粒子体系的波函数有确定的交换对称性，将这一性质应用到费米子组成的全同粒子体系，必然推出费米不相容原理。 6 为什么表示力学量的算符必须是厄米算符？ 答：因为所有力学量的数值都是实数。而表示力学量的算符的本征值是这个力学量的可能值，所以表示力学量的算符的本征值必须是实数。厄米算符的本征值必定是实数。所以表示力学量的算符必须是厄米算符。 7 简述费米子的自旋值及其全同粒子体系波函数的特点，这种粒子所遵循的统计规律是什么？ 答：由电子、质子、中子这些自旋为 2 的粒子以及自旋为 2 的奇数倍的粒子组成的全同粒子体系的波函 数是反对称的，这类粒子服从费米(Fermi) －狄拉克 (Dirac) 统计，称为费米子。 8 一个量子态分为本征态和非本征态，这种说法确切吗？ 答：不确切。针对某个特定的力学量，对应算符为A ，它的本征态对另一个力学量（对应算符为B ）就不是它的本征态，它们有各自的本征值，只有两个算符彼此对易，它们才有共同的本征态。 9 辐射谱线的位置和谱线的强度各决定于什么因素？ 答：某一单色光辐射的话可能吸收，也可能受激跃迁。谱线的位置决定于跃迁的频率和跃迁的速度；谱线强度取决于始末态的能量差。
2013级土木工程专业 《钢结构》课程设计任务书 钢结构课程是土木工程专业重要的实践性教学环节，是对学生知识和能力的总结。通过钢结构课程设计，使学生进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行基本的钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 设计题目： 钢结构平台梁板柱的设计 设计资料： (a) (b) (a) 梁格布置(b) 次梁布置简图 钢结构平台的梁格布置如如上图所示。铺板为预制钢筋混凝土板。平台永久荷载（包括铺板重力）为5kN/m2，荷载分项系数为，可变荷载分项系数为m2，荷载分项系数为；活荷载F=,钢材采用Q235，E43型焊条，焊条电弧焊。试对此钢结构平台的次梁、主梁和柱子（包括柱脚）进行设计。 要求： 1.每位同学自己独立完成，不能有任何雷同的课程设计计算书，否则都记为不及格； 2.课程设计计算书可以手写也可以打印，打印使用A4纸张； 3.完成并提交期限时间为第15周周五（12月9日）。 提示：可以参考教材P131例题4-2，P135例题4-4，P149习题4-10，P186习题5-2。
《课程设计说明书》格式规范 一、封面要求 学生提交的正稿封面样式附后。评定成绩必须有教师签名并写出评语。 二、正文规范 1、字体字号要求 ①设计标题用小三号黑体、居中，英文标题对应用小三号Times New Roman、居中，“摘要”用5号黑体，中文摘要内容用5号宋体，“Abstract”用5号黑体，英文摘要内容用5号Times New Roman。 ②课程设计正文内容 第一级标题用四号黑体、靠左；第二级标题用小四号黑体、靠左；正文全文用小四号宋体、英文用Times New Roman 12。 ③页码用小五号居中，页码两边不加修饰符，页码编号从正文开始。 ④图表标题用小五号黑体，居图表幅宽中间位置。 2、内容要求 ①正文必须按照《湖南农业大学学报（自然科学版）》要求，即包括完整的标题、作者、指导教师、中英文摘要、前言、方案比较分析、设计计算、讨论、小结、参考文献、致谢、附录含计算数据、参考手册相关计算表格等。 ②文理通顺、说理有据。 ③图表中文标题下必须有英文对照。
泡利的贡献 奥地利维也纳出生的沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli ，1900～1958），是20世纪卓越的理论物理学家，19岁时就因撰写相对论方面的综述文章而获得了很高的声誉；25岁时，为了对原子光谱中的反常塞曼效应做出解释提出了“泡利不相容原理”；1930年，为摆脱放射性β能谱的能量守恒定律面临的危机而提出了著名的“中微子”假说，后被美国物理学家考恩（Cowan Clyde Lorrain ，1919～）和莱因斯（Reines Frederick ，1918～）在核反应堆中产生的反中微子的稀有俘获而验证。1945年因泡利不相容原理的发现而荣获诺贝尔物理学奖。泡利是物理学领域最后的博学者，他语言犀利，思想缜密，对所有基本问题都具有最深刻的洞察力和最准确的评判力，并毫不妥协地对物理学新思想做出“裁决”；曾被尼尔斯·玻尔誉为“理论物理学界的良知”。 2、1 泡利不相容原理的建立 早在1921年前，泡利就被量子论的发展深深地吸引着；在读研究生时，就对原子光谱中的反常塞曼效应有着浓厚的兴趣。所谓塞曼效应，就是在强磁场的作用下原子、分子和晶体的能级发生变化，发射的光谱线发生分裂的现象。塞曼效应分为两种：一种是存在于电子的自旋磁矩为零时的情况称为正常塞曼效应；而另一种是电子的自旋磁矩为±1/2时的情况称为反常塞曼效应；反常塞曼效应才是原子谱线分裂的普遍现象，这种与实际情况相反的名称反映了人类认知过程中的历史局限性。1924年底，泡利为了正确理解反常塞曼效应，他在分析大量原子能级数据的基础上，仔细研究了碱金属光谱的双重结构，引入“经典不能描述的双重值”概念，写成了一篇题为“原子内的电子群与光谱的复杂结构”的论文，1925年以前，描述电子一般只用三个量子数，泡利的“双重值”实际上就等于要求电子要有第四个量子数。由于泡利当时觉得这篇论文中物理思想的提法太抽象而拿不定主意，就将该文寄给了玻尔，玻尔看后就立即鼓励他投到《物理杂志》，该文于1925年初发表。正是这篇文章提出了泡利不相容原理，为解释门捷列夫（Mendeleev Dvanovich ，1834～1907）化学元素的周期性提供了理论依据；同时也奠定了他日后获得诺贝尔奖的基石。 泡利不相容原理可表述为：全同费米子体系中不能有两个或两个以上的粒子同时处于相同的单粒子态。原子核外电子的状态可以用主量子数n 、轨道角动量子数l 、磁量子数m ι和双值量子数m s 四个量子数决定。它们取值n =1，2，3，…；l =0，1，2，…，n -1；m ι=0，±1，±2，…，±l ，21±=s m 。因此，泡利不相容原理也可以表述为：原子内不可能有两个电子具有完全相同的四个量子数。表征电子状态的前三个量子数：主量子数、轨道量子数和磁量子数是人们熟知的。在描述反常塞曼效应现象时，泡利发现必须引入第四量子数（即双值量子数s m ）来分别表示对应的电子两种状态。在泡利发表不相容原理后，荷兰莱顿大学两位年轻人古德斯密特和乌伦贝克（Uhlenbeck George Eugene ，1900～1874）觉得，泡利的理论与玻尔的原子模型之间缺乏最起码的联系；他们很自然地想到，前3个量子数对应着电子的3个自由度，那么第四个量子数也应该对应一个自由度，他俩经过讨论和计算后认为，这第四个量子数对应着电子的“自旋”；与地球自转运动类似，电子有种像陀螺运动一样的属性。 泡利不相容原理是以一种不很明显的方式引入了自旋量子数，当古德斯米特和乌伦贝克发表了关于电子自旋的想法后，泡利曾由于这种概念的经典模型和狭义相对论不能相容而对 图10-9为沃尔夫冈·泡利
1 ?物理系_2015_09 《大学物理 AII 》作业 No.9 原子结构 固体能带理论 班级 学号 姓名 成绩 一、判断题：（用“T ”表示正确和“F ”表示错误） [ F ] 1．根据量子力学理论，氢原子中的电子是作确定的轨道运动，轨道是量子化的。 解：教材 227.电子在核外不是按一定的轨道运动的，量子力学不能断言电子一定 出现 在核外某个确定的位置，而只能给出电子在核外各处出现的概率。 [ F ] 2．本征半导体是电子与空穴两种载流子同时参与导电，N 型半导体只有电子导 电，P 型半导体只有空穴导电。 解：N 型半导体中依然是两种载流子参与导电，不过其中电子是主要载流子；P 型半导体也是两种载流子参与导电，其中的主要载流子是空穴。 [ T ] 3．固体中能带的形成是由于固体中的电子仍然满足泡利不相容原理。 解：只要是费米子都要遵从泡利不相容原理，电子是费米子。 [ T ] 4．由于 P 型和 N 型半导体材料接触时载流子扩散形成的 PN 结具有单向导电性。 解：教材 244. [ F ] 5．施特恩-盖拉赫实验证实了原子定态能级的存在。 解：施特恩-盖拉赫实验验证了电子自旋的存在，弗兰克—赫兹实验证实了原子定态能 级的存在. 二、选择题： 1. 下列各组量子数中，哪一组可以描述原子中电子的状态？ [ D ] (A) n = 2，l = 2，m l = 0， m s = 2 1 (B) n = 3，l = 1，m l =-2， m s = - 1 2 1 (C) n = 1，l = 2，m l = 1， m s = 2 (D) n = 3，l = 2，m l = 0， m s = - 2 解：根据原子中电子四个量子数取值规则和泡利不相容原理知 D 对。 故选 D 2. 与绝缘体相比较，半导体能带结构的特点是 [ D ] (A) 导带也是空带 (B) 满带与导带重合 (C) 满带中总是有空穴，导带中总是有电 子 (D) 禁带宽度较窄 解：教材 241-242. 3. 在原子的 L 壳层中，电子可能具有的四个量子数(n ，l ，m l ，m s )是
由保里不相容原理推得原子核的具体结构 （Paul Lane Exclusion Principle Push the specific structure of atomic nuclei） 地址：四川彭州市竹瓦中学校邮编：611934 作者：李守安 E-mail:lian0011@https://www.doczj.com/doc/594235716.html, （Pengzhou City of Sichuan Meng Yang Town zhu wa School Postal Code ：611934 Author: Li Shou-an E-mail：lian0011@https://www.doczj.com/doc/594235716.html,） 关键词：核力势垒双中子结构单中子结构大树形接触式结构 摘要:“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”，这就是保里不相容原理。由同一轨道上两个电子自旋方向相反，当把观察条件确定后，就能得出以主轴为主的原子核结构粗态形状；再由核内质子间核力势垒图可确定核内质子的组成结构：双中子和单中子结构形态；再由核外电子分层分能级排列规律，确定相关连的核质子具有相同的规律，从而完整得出原子核具体结构。这种结构图可以排出现实中所有原子核及同位素核结构图。也使这断裂100年的理论得到破解，为物理理论发展填上一页空白。 （Key words: Nuclear force barrier Two-neutron structure Single-neutron structure Big tree Contact structure Abstract: "At the same atom, they can not have exactly the same exercise status exist two electron", which is incompatible with the principle of Pauli. By the same track on both electron spin opposite direction, when the observation conditions are identified, will be able to come to the main axis of the nucleus structure of rough shapes; by proton nuclear potential barrier between the nuclear power plan can be identified with the proton nuclear component structure: Two-neutron and single-neutron structure and morphology;核外电子stratified by sub-level with the law, determine the associated nuclear proton have the same laws, which come complete concrete structure of atomic nuclei. This structure can be from the reality of all nuclei and isotope nuclear structure. Also so that the fracture theory of 100 years to break, for the development of physical theory to fill previous gaps.） 正文： 核物理理论发展到现在，夸克、中微子等理论层出不穷，然而，在核结构核力理论处却形成了一个断层，使科学界对其结构只有猜想：壳层、集体模形等理论。而真正的核结构理论如沉深渊。最关键的问题是：原子核作高速圆周旋转，使所有科学人员用尽所有技术都无从观测静态真像，任何核结构理论变得毫无证据。本文从核外电子强力排列规律作起，反推出原子核具体结构，可排列出现实中所有原子核及同位素的结构，符合核力势垒、核半径测量数据；能解释裂变聚变机理、能解释各类衰变位置等。 一、原子核结构的主轴粗形 保里不相容原理所告诉我们：“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全
一 填空题 1、 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载的 设计 值；计算疲劳时，应采用荷载的 标准 值。 2、 钢材Q235B 中，235代表 屈服值 ，按脱氧方法该钢材属于 镇静 钢。 3、 对于普通碳素钢，随含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度 升高 ，塑性和韧性 降低 ，焊接性能 降低 。 4、当采用三级质量受拉斜对接焊缝连接的板件，承受轴心力作用，当焊缝轴线与轴心力方向 ，焊缝强度可不计算 。 5 、 等因素综合考虑，选用合适的钢材。 6、钢材受三向同号拉应力作用，数值接近，即使单项应力值很大时，也不易进入 塑性 状态，发生的破坏为 脆性 破坏。 7、在普通碳素结构钢的化学成分中加入适量的硅、锰等合金元素，将会 提高 钢材的强度。 8、 轴心受压柱的柱脚底板厚度是按底板的 受弯 受力工作确定的。 9、如下图突缘式支座加劲肋，应按承受支座反力的轴心受压构件计算梁平面外（绕Z 轴）稳定，钢材Q235 ， 其长细比为 21.07 。 1 200 10
10 的影响。 11、按正常使用极限状态计算时,受弯构件要限制挠度，拉、压构件要限制 长细比。 12、钢材经过冷加工后，其强度和硬度会有所提高，却降低了塑性和韧性，这种现象称为钢 。 13 拉伸并卸载后，也称为名义屈服点。14 15和构件或连接的构造形式。 16 17构件的稳定承载力。18 承压型连接。 19、对于单轴对称的轴心受压构件，绕非对称主轴屈曲时，会发生弯曲屈曲；而绕对称主轴 20 高稳定承载力。 21、梁的整体稳定系数φb大于0.6时，需用φb′代替φb，它表明此时梁已经进入 _______ __阶段。 22、弯矩绕虚轴作用的双肢格构式压弯构件，采用缀条式格构柱，其分肢的稳定应按 构件进行验算。 23强度确定的。 24原则。 25、设杆件节点间的几何长度为l，则梯形钢屋架的支座斜杆在屋架平面内的计算长度为 杆件几何长度或l。 26、钢材的冲击韧性越小,。 27。
课程编号： 课程名称： 固体物理 试卷类型： 卷 卷 考试时间： 120 分钟 一、简答题（本大题共10小题，每小题5分，共50分） 1．什么是晶面指数什么是方向指数它们有何联系 2．请写出布拉格衍射条件，并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。 3. 为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的相互作用力除吸引力还要有排斥力排斥力的来源是什么 4．写出马德隆常数的定义，并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常数。 5．什么叫声子长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别
6．温度降到很低时。爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大，但此时，德拜模型却与实验结果符合的较好。试解释其原因。 7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么费米能与那些因素有关 8．什么是弱周期场近似按照弱周期场近似，禁带产生的原因是什么 9. 什么是本征载流子什么是杂质导电 10．什么是紧束缚近似按照紧束缚近似，禁带是如何产生的 二、计算题（本大题共5小题，每小题10分，共50分） 电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移，证明在这一位移下系统是稳定的，并给出这一小振动问题的特征频率。 2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示，证明：对 于面心立方格子，i n 的和为偶数。 3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小，有效质量m m 1.0=*，当导带电子具有k T 300=的平均速度时，计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。 4. 对于原子间距为a ，由N 个原子组成的一维单原子链，在德拜近似下，
（1）计算晶格振动频谱； （2）证明低温极限下，比热正比于温度T 。 5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构， （1）画出前三个布里渊区； （2）求出每原子有一个自由电子时的费米波矢； （3）给出第一布里渊区内接圆的半径； （4）求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数； （5）平均每原子有两个自由电子时，在简约布里渊区中画出费米圆的图形。 固体物理B 卷 参考答案 一、简答题（本大题共10小题，每小题5分，共50分） 1．晶面指数：晶面在在坐标轴上的截距的倒数的最简整数比。 方向指数：垂直于晶面的矢量，晶面指数为（hkl ）,则方向指数为[hkl] 联系：方向[hkl]垂直于具有相同指数的晶面(hkl). 2．衍射条件为：λθ*)sin(*2n d =,波矢表达式为22G G k =?→ → 3. 电子云交迭使得体系的能量降低，结构稳定，但当原子靠的很近时，原子内部充
?物理系_2015_09 《大学物理AII 》作业 No.9 原子结构 固体能带理论 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ 一、判断题：（用“T ”表示正确和“F ”表示错误） [ F ] 1．根据量子力学理论，氢原子中的电子是作确定的轨道运动，轨道是量子化的。 解：教材227.电子在核外不是按一定的轨道运动的，量子力学不能断言电子一定 出现 在核外某个确定的位置，而只能给出电子在核外各处出现的概率。 [ F ] 2．本征半导体是电子与空穴两种载流子同时参与导电，N 型半导体只有电子导 电，P 型半导体只有空穴导电。 解：N 型半导体中依然是两种载流子参与导电，不过其中电子是主要载流子；P 型半导体也是两种载流子参与导电，其中的主要载流子是空穴。 [ T ] 3．固体中能带的形成是由于固体中的电子仍然满足泡利不相容原理。 解：只要是费米子都要遵从泡利不相容原理，电子是费米子。 [ T ] 4．由于P 型和N 型半导体材料接触时载流子扩散形成的PN 结具有单向导电性。 解：教材244. [ F ] 5．施特恩-盖拉赫实验证实了原子定态能级的存在。 解：施特恩-盖拉赫实验验证了电子自旋的存在，弗兰克—赫兹实验证实了原子定态能级的存在. 二、选择题： 1．下列各组量子数中，哪一组可以描述原子中电子的状态？ [ D ] (A) n = 2，l = 2，m l = 0，21= s m (B) n = 3，l = 1，m l =-2，21-=s m (C) n = 1，l = 2，m l = 1，21=s m (D) n = 3，l = 2，m l = 0，2 1 -=s m 解：根据原子中电子四个量子数取值规则和泡利不相容原理知D 对。 故选 D 2．与绝缘体相比较，半导体能带结构的特点是 [ D ] (A) 导带也是空带 (B) 满带与导带重合 (C) 满带中总是有空穴，导带中总是有电 子 (D) 禁带宽度较窄 解：教材241-242. 3. 在原子的L 壳层中，电子可能具有的四个量子数(n ，l ，m l ，m s )是 (1) (2，0，1， 2 1) (2) (2，1，0，2 1- )
简答题 1、原子结合成晶体时，原子的价电子产生重新分布，从而产生不同的结合力，分析离子性、共价性、金属性和范德瓦耳斯性结合力的特点。 答案：离子性结合：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近，当靠近到一定程度时，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强大的排斥力。当排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体； 共价性结合：靠两个原子各贡献一个电子，形成所谓的共价键； 金属性结合：组成晶体时每个原子的最外层电子为所有原子所共有，因此在结合成金属晶体时，失去了最外层（价）电子的原子实“沉浸”在由价电子组成的“电子云”中。在这种情况下，电子云和原子实之间存在库仑作用，体积越小电子云密度越高，库仑相互作用的库仑能愈低，表现为原子聚合起来的作用。 范德瓦耳斯性结合：惰性元素最外层的电子为8个，具有球对称的稳定封闭结构。但在某一瞬时由于正、负电中心不重合而使原子呈现出瞬时偶极矩，这就会使其它原子产生感应极矩。非极性分子晶体就是依靠这瞬时偶极矩的互作用而结合的。 2. 什么叫简正振动模式？简正振动数目、格波数目或格波振动模式数目是否是一回事？ 答案：为了使问题既简化又能抓住主要矛盾，在分析讨论晶格振动时，将原子间互作用力的泰勒级数中的非线形项忽略掉的近似称为简谐近似. 在简谐近似下, 由N个原子构成的晶体的晶格振动, 可等效成3N个独立的谐振子的振动. 每个谐振子的振动模式称为简正振动模式, 它对应着所有的原子都以该模式的频率做振动, 它是晶格振动模式中最简单最基本的振动方式. 原子的振动, 或者说格波振动通常是这3N个简正振动模式的线形迭加. 简正振动数目、格波数目或格波振动模式数目是一回事, 这个数目等于晶体中所有原子的自由度数之和, 即等于3N. 3. 长光学支格波与长声学支格波本质上有何差别? 答案：长光学支格波的特征是每个原胞内的不同原子做相对振动, 振动频率较高, 它包含了晶格振动频率最高的振动模式. 长声学支格波的特征是原胞内的不同原子没有相对位移, 原胞做整体运动, 振动频率较低, 它包含了晶格振动频率最低的振动模式, 波速是一常数. 任何晶体都存在声学支格波, 但简单晶格(非复式格子)晶体不存在光学支格波. 4. 长声学格波能否导致离子晶体的宏观极化? 答案：长光学格波所以能导致离子晶体的宏观极化, 其根源是长光学格波使得原胞内不同的原子(正负离子)产生了相对位移. 长声学格波的特点是, 原胞内所有的原子没有相对位移. 因此, 长声学格波不能导致离子晶体的宏观极化. 5. 何谓极化声子? 何谓电磁声子? 答案：长光学纵波引起离子晶体中正负离子的相对位移, 离子的相对位移产生出宏观极化电场, 称长光学纵波声子为极化声子. 由本教科书的(3.103)式可知, 长光学横波与电磁场相耦合, 使得它具有电磁性质, 人们称长光学横波声子为电磁声子. 6、什么是声子？ 答案：晶格振动的能量量子。在晶体中存在不同频率振动的模式，称为晶格振动，晶格振动能量可以用声子来描述，声子可以被激发，也可以湮灭。