2018湖南师范大学考研大纲 原子物理
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原子物理一、知识点击 1.原子结构模型 ⑴玻尔模型理论:①定态假设:原子中的电子绕核作圆周运动,并不向外辐射能量,其轨道半径只能取一系列不连续值,对应的原子处于稳定的能量状态。
②跃迁假设:电子从一个定态轨道(设对应的原子定态能量为E n2)跃迁到另一定态轨道(设定态能量为E n1)上时,会辐射或吸收一定频率的光子,能量由这两种定态的能量差决定,即21n n h E E ν=-。
③角动量量子化假设:电子绕核运动,其轨道半径不是任意的,只有电子的轨道角动量(轨道半径r 和电子动量m υ的乘积)满足下列条件的轨道才是允许的.2hm r nυπ= n=1,2,3,… ⑵氢原子的能级公式为412222018n me E E h n n ε=-=,其中4122013.68me E eV hε=-=-。
2.物质的二象性 不确定关系1924年,德布罗意从光的波粒二象性推断实物粒子,如电子、质子等也具有波动性,即实物粒子也具有二象性.同实物粒子相联系的波称为德布罗意波,其波长h hp m λυ==。
量子理论的发展揭示出要同时测出微观物体的位置和动量,其精密度是有一定限制的.这个限制来源于物质的二象性.海森伯从量子理论推理,测量一个微粒的位置时,如果不确定范围是x ∆,那么同时测得其动量也有一个不确定范围p ∆,x ∆与p ∆的关系为42h p x π∆∆≥=,此式称为海森伯不确定关系,其中h 为普朗克常数.不确定关系是普遍原理,也存在于能量与时间之间一个体系(例如原子体系)处于某一状态,如果时间有一段△t 不确定,那么它的能量也有一个范围ΔE 不确定,二者的乘积有如下关系:2E t ∆∆≥3.原子核的基本性质与核反应⑴质能方程、质量亏损和原子核的结合能爱因斯坦由相对论得出的质能方程为2E mc =,如果物质的质量增加Δm ,则其能量也相应增加ΔE ,反之亦然,即有2E m c ∆=∆⋅。
在原子核中,原子核由核子组成,但原子核的质量却小于核内核子质量之和,原子核的质量M 与组成它的核子质量总和的差值称为质量亏损.()p n m Zm Nm M ∆=+-核由上面得知,自由核子在结合成原子核时能量减少了2E m c ∆=∆⋅,即有能量释放出来,这能量即为该核的结合能. ⑵核反应方程和核反应能原子核反应是原子核受一个粒子撞击而放出一个或几个粒子的过程.核反应过程遵守下列守恒定律:①电荷守恒;②核子数守恒;③动量守恒;④总质量和联系的总能量守恒等.利用这些守恒定律,可以写出核反应方程式.核反应能Q 定义为反应后粒子的动能超出反应前粒子动能的差值.根据总质量和联系的总能量守恒,由反应前后核和粒子的静质量可得出反应能Q 的计算公式,根据动量守恒,也可由人射粒子和出射粒子的动能及这两种粒子运动方向的夹角θ值得出反应能Q 。
《原子物理学》考试大纲
(1)原子的位形:卢瑟福模型
●原子的质量、大小
●盖革-马斯顿散射实验原理
●卢瑟福的原子模型及散射公式
(2)原子的量子态: 玻尔模型
●黑体辐射实验,光电效应实验
●玻尔模型,类氢光谱,能量公式,能级图
●碱金属原子光谱,原子实极化和贯穿
(3)量子力学导论
●德布罗意公式,物质波
●波函数的统计解释,戴维孙-革末实验
●测不准关系
●薛定谔方程的简单应用
●氢原子薛定谔方程解的结论
(4)原子的精细结构:电子的自旋
●电子的磁矩
●史特恩―盖拉赫实验
●电子自旋,原子磁矩
●碱金属双线,原子态的描述
●单电子辐射跃迁的选择定则
●自旋-轨道相互作用能量,塞曼效应
(5)多电子原子: 泡利原理
●氦的光谱和能级
●电子组态,L-S藕合,j-j耦合
●泡利原理,原子状态符号
●洪特定则,朗德定则,通用选择定则
●最大容量原理,最小能量原理,原子基态
●电子组态和原子基态,原子能级图
注:参考书
1、《原子物理学》(第4版) 杨福家主编,高等教育出版社; 2010年12月1日
2、《原子物理学》(第1版)褚圣麟主编,高等教育出版社; 1979年6月1日。
2.1 试计算氢原子的第一玻尔轨道上电子绕核转动的频率、线速度和加速度。
解:电子在第一玻尔轨道上即年n=1。
根据量子化条件,可得:频率 21211222ma h ma nh a v πππν===速度:61110188.2/2⨯===ma h a v νπ米/秒 加速度:222122/10046.9//秒米⨯===a v r v w2.2 试由氢原子的里德伯常数计算基态氢原子的电离电势和第一激发电势。
解:电离能为1E E E i -=∞,把氢原子的能级公式2/n Rhc E n -=代入,得:Rhc hc R E H i =∞-=)111(2=13.60电子伏特。
电离电势:60.13==e E V i i 伏特 第一激发能:20.1060.134343)2111(22=⨯==-=Rhc hc R E H i 电子伏特 第一激发电势:20.1011==e E V 伏特2.3 用能量为12.5电子伏特的电子去激发基态氢原子,问受激发的氢原子向低能基跃迁时,会出现那些波长的光谱线?解:把氢原子有基态激发到你n=2,3,4……等能级上去所需要的能量是:)111(22n hcR E H -= 其中6.13=H hcR 电子伏特2.10)211(6.1321=-⨯=E 电子伏特1.12)311(6.1322=-⨯=E 电子伏特 8.12)411(6.1323=-⨯=E 电子伏特 其中21E E 和小于12.5电子伏特,3E 大于12.5电子伏特。
可见,具有12.5电子伏特能量的电子不足以把基态氢原子激发到4≥n 的能级上去,所以只能出现3≤n 的能级间的跃迁。
跃迁时可能发出的光谱线的波长为:5.1 e H 原子的两个电子处在2p3d 电子组态。
问可能组成哪几种原子态?用原子态的符号表示之。
已知电子间是LS 耦合。
解:因为21,2,12121====s s l l ,所以可以有如下12个组态:5.2 已知e H 原子的两个电子被分别激发到2p 和3d 轨道,器所构成的原子态为D 3,问这两电子的轨道角动量21l l p p 与之间的夹角,自旋角动量21s s p p 与之间的夹角分别为多少?解:(1)已知原子态为D 3,电子组态为2p3d因此,(2)而5.3 锌原子(Z=30)的最外层电子有两个,基态时的组态是4s4s 。
《原子物理学》讲义教材:杨福家《原子物理学》高等教育出版社.2000.7第三版参考教材:褚圣麟《原子物理学》人民教育出版社.1979.6第一版作者简介:1936年6月出生于上海,著名科学家,中科院院士。
1958年复旦大学物理系毕业后留校任教,1960年担任复旦大学原子核物理系副主任。
此后历任中国科学院上海原子核研究所所长、复旦大学研究生院院长、复旦大学校长、上海市科协主席等职。
又受原本只有王室成员和有爵位的人才能担任校长的英国诺丁汉大学的聘请,于2001年出任该校第六任校长。
2004年兼任宁波诺丁汉大学校长。
1984年获国家级“有突出贡献的中青年专家”称号。
1991年当选为中国科学院院士,领导、组织并建成了基于加速器的原子、原子核物理实验室,完成了一批引起国际重视的研究成果。
撰有《原子物理学》、《应用核物理》等专著。
课程简介:《原子物理学》是20世纪初开始形成的一门学科,主要研究物质结构的“原子”层次。
随着近代物理学的发展,原子物理学的知识体系也在不断更新和充实。
原子物理学的发展导致量子理论的发展,而量子力学又使原子物理学得以完善。
《原子物理学》这门课程是在经典物理课程(力学、热学、电磁学、光学)之后的一门重要必修课程。
它以力、热、光、电磁等课程的知识为基础,从物理实验规律出发,引进量子化概念,探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律,从微观机制解释物质的宏观性质,同时介绍原子物理学知识在现代科学技术上的重大应用。
本课程强调物理实验的分析、微观物理概念和物理图像的建立和理解。
通过本课程教学,使学生初步了解物质的微观结构和运动规律,了解物质世界中三个递进的结构层次,为学习量子力学和后续专业课程打下基础。
本课程注重智能方面的培养,力求讲清基本概念,而大多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
部分内容由学生自行学习。
本课程原则上采用SI 单位制,同时在计算中广泛采用复合常数以简化数值运算。
[通常用0A (cm A 80101-=)描写原子线度,用fm (m fm 15101-=)描写核的线度,用eV 、MeV 描述原子和核的能量等。
考研已落下帷幕考研虽然已经结束好长时间,而它对于我来说,就像是昨天刚发生一样,清晰且深刻。
回首考研的这段经历,我收获了很多,也成长了许多。
开始基础复习的时候,是在网上找了一下教程视频,然后跟着教材进行学习,先是对基础知识进行了了解,在5月-7月的时候在基础上加深了理解,对于第二轮的复习,自己还根据课本讲义画了知识构架图,是自己更能一目了然的掌握知识点。
8月以后一直到临近考试的状态,开始认真的刷真题,并且对那些自己不熟悉的知识点反复的加深印象,这也是一个自我提升的过程。
考研一路走来,真的很辛苦,考研帮里学长学姐们分享的宝贵经验不仅能让我打起精神背水一战,还使我的复习有条不紊地进行。
初试成绩出来的这两天,酝酿了一下,我也想为将要参加下一届考研的的学弟学妹们写一篇文章,希望你们从复习的开始就运筹帷幄,明年的这个时候旗开得胜。
文章字数很多,大家有时间可以阅读,文末有真题和资料下载分享,谢谢大家。
湖南师范大学物理学的初试科目为:(101)思想政治理论和(201)英语一(725)量子力学和(843)普通物理(电磁学、光学、原子物理)参考书目为:1.量子力学教程》曾谨言著科学出版社2.《量子力学教程》周世勋编高教出版社3.梁灿彬等.电磁学(第二版).高等教育出版社,2004.4.姚启均.光学(第四版).高等教育出版社,2012.5.诸圣麟.原子物理学.高等教育出版社,2012.先综合说一下英语的复习建议吧。
如何做阅读?做阅读题的时候我建议大家先看题干,了解一下这篇文章大致讲什么内容,然后对应题干去阅读文章,在阅读文章的过程中可以把你做出答题选择的依据标注出来,便于核对答案时看看自己的思路是否正确,毕竟重要的不是这道题你最后的答案正确与否,而是你答题的思路正确与否。
此外,每次做完阅读题也要稍微归纳一下错误选项的出题陷阱,到底是因果互换、主观臆断还是过分推断等,渐渐地你拿到一道阅读题就会条件反射出出题人的出题思路,这也有助于你检验自己选择的答案的合理性。
湖南师范大学硕士研究生入学考试自命题考试大纲
考试科目代码:[ ] 考试科目名称:原子物理
(同等学历加试科目)
一、试卷结构
1) 试卷成绩及考试时间
本试卷满分为100分,考试时间为180分钟。
2) 答题方式:闭卷、笔试
3) 试卷内容结构
原子物理82% 原子核物理18%
4) 题型结构
a: 判断题,3小题,每小题3分,共9分
b: 填空题,6小题,每小题5分,共30分
c: 简答题,2小题,每小题6 分,共12分
d: 解答题(包括证明题),3小题,共49分
二、考试内容与考试要求
1、原子结构、原子的能级和辐射
考试内容
原子的基本状况原子的质量一个原子质量单位原子的大小卢瑟福的核式结构模型 粒子散射实验大角散射
氢原子光谱里德堡方程赖曼系巴尔末系氢原子玻尔理论玻尔理论的三个假设氢原子第一轨道半径氢原子基态能类氢离子光谱里德堡常数的修正夫兰克—赫兹实验索末菲的氢原子椭圆轨道理论原子空间取向量子化玻尔的对应原理
考试要求
(1)了解原子的质量,掌握一个原子质量单位,了解原子的大小,理解卢瑟福的核式结构模型,了解 粒子散射实验、大角散射。
(2)理解氢原子光谱的里德堡方程,掌握赖曼系和巴尔末系的光谱公式,并能用公式求光波长。
(3)理解玻尔的三个假设,掌握氢原子激发能、电离能的计算方法,会画能级图。
(4)理解类氢离子的光谱方程,掌握里德堡常数的修正公式。
(5)了解夫兰克—赫兹实验,了解索末菲的氢原子椭圆轨道理论,了解原子空间取向量子化的概念,了解玻尔的对应原理。
2、碱金属原子、多电子原子
考试内容
碱金属原子光谱主线系第一、第二辅线系电子态(nl)主量子数n轨道角量子数l原子实极化和轨道贯穿碱金属原子光谱的精细结构电子自旋量子数s 电子的自旋角动量及对外场的投影电子的自旋磁矩及对外场的投影
电子的轨道角动量及对外场的投影电子的轨道磁矩及对外场的投影电子自旋角动量与轨道角动量的耦合电子自旋与轨道运动的相互作用及由此产生的附加能双重能级结构碱金属及氢原子的原子态符号总角量子数j单电子能级跃迁的选择定则
多电子原子氦原子及第二族元素的单重能级与三重能级两个角动量耦合的普遍规则L-S耦合模型及其适用范围洪德定则J-J耦合模型及其适用范围同科电子泡利不相容原理能级跃迁的选择定则
考试要求
(1)了解碱金属原子光谱的主线系,第一、第二辅线系,理解原子实极化和轨道贯穿,掌握主量子数n、轨道角量子数l、电子自旋量子数s和总角量子数j,了解碱金属原子光谱的精细结构。
(2)掌握电子的自旋、轨道角动量及对外场的投影,掌握电子的自旋、轨道磁矩及对外场的投影,掌握碱金属及氢原子的原子态符号写法。
会画相应的能级图。
(3)了解电子自旋与轨道运动的相互作用及由此产生的附加能,了解单电子能级跃迁的选择定则。
(4)理解氦原子及第二族元素的单重能级与三重能级氦原子及第二族元素的单重能级与三重能级,掌握个角动量耦合的普遍规则,掌握L-S耦合模型并能求出电子组态的原子态,理解洪德定则了解J-J耦合模型及其适用范围会画相应的能级图。
(5)理解泡利不相容原理和同科电子,理解多电子原子能级跃迁的选择定则。
3、塞曼效应
考试内容
电子的自旋磁矩和轨道磁矩原子的有效磁矩与总角动量之间的关系
朗德因子g磁场对原子的影响拉莫尔进动史特恩—盖拉赫实验顺磁原子
顺磁共振原子能级在磁场中的分裂塞曼效应(谱线在磁场中分裂的现象)
正常、反常塞曼效应塞曼谱线的计算(新谱线与原谱线波数差的计算)顺磁性抗磁性抗磁原子
考试要求
(1)理解电子的自旋磁矩和轨道磁矩,理解原子的有效磁矩与总角动量之间的关系,掌握有效磁矩的计算公式,掌握朗德因子的计算公式。
(2)了解拉莫尔进动,了解史特恩—盖拉赫实验,了解顺磁共振。
(3)理解原子能级在磁场中的分裂,掌握附加能E
计算公式,利用格罗春图计算波数差。
(4)了解顺磁性、抗磁性、顺磁原子和抗磁原子。
4、原子的壳层结构
考试内容
元素周期表原子的电子壳层结构描述电子的四个量子数主壳层和次壳层能容纳的电子数目原子基态能量最低原理
考试要求
(1)了解元素周期表,理解原子的电子壳层结构,掌握描述电子的四个量子数。
(2)掌握主壳层和次壳层能容纳的电子数目,了解用能量最低原理和泡利原理确定原子基态的方法。
5、X射线
考试内容
X射线的产生 X射线波长的测量(布喇格方程) X射线的发射谱连续谱和标识谱连续谱的产生机制短波限的量子解释标识谱的产生机制标识谱与光学光谱的比较 X射线的吸收和散射康普顿散射及其量子解释考试要求
(1)了解多X射线的产生装置,掌握布喇格方程。
(2)了解X射线的发射谱,理解连续谱的产生机制,理解短波限的量子解释,掌握短波限的计算。
(3)理解标识谱的产生机制,掌握标识谱与光学光谱的比较。
(4)了解X射线的吸收,理解康普顿散射及其量子解释。
6、原子核
考试内容
原子核的基本知识(电量、大小、组成、密度)结合能平均结合能原子核的放射衰变放射性强度α衰变β衰变γ衰变核力的性质核反应核反应能核裂变核聚变
考试要求
(1)掌握原子核的一些基本知识(电量、大小、组成、密度)
(2)理解结合能和平均结合能的概念,掌握结合能和平均结合能的计算公式。
(3)理解原子核放射衰变的概念,了解放射性强度的概念,了解α衰变、β衰变和γ衰变的现象,掌握放射衰变的指数衰变公式,理解半衰期和衰变常数的关系。
(4)理解核力的性质。
(5)理解核反应方程,理解核反应过程中需满足的一些守恒定律,理解核反应能的定义,掌握核反应能的计算方法。
(6)了解核裂变和核聚变。
三、参考书目
[1]诸圣麟. 原子物理学. 高等教育出版社, 2012。