原子物理学第3章

夫学须静也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学

专题15 原子物理复习学案

主编：周中兵

【2014考点预测】

由于点多面广，考题难度不是很大，属必得部分，因而要求复习过程要扫清盲点，不留死角，同时由于各部分内容体现的能力与思想不同，考点出现的几率也不同，复习时应有所侧重，侧重点要与历年考试频率联系，应与体现能力处联系，还应与科技动向联系（探月卫星、氦3，射线、红外摄象、太阳风等），更应与近代物理发展趋势联系。

在复习中要特别注意课本的重要性，课本是知识之源，对这部分内容一定要做到熟读、精读，并且要间隔一段时间就要简要复习一遍，绝不能留任何的死角，包括课后的阅读材料、小实验、小资料、相对论简介等，因为很多的信息题都是从这里取材的。“回归课本”“不回避陈题”是本部分的复习特点。不仅如此，搞清某一现象产生的本质，构建知识结构体系，根据已知的知识和物理事实、条件，对物理进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来，以求触类傍通。

本章内容是近代物理的基础，对进入相关高等院进一步学习有很重要的作用，近代物理领域的深入研究为物理教学提供了丰富的内容，学习新科技成果，科技动态，可开拓视野，领会方法，渗透科学思想和科学精神，物理学向微观和宇观两个领域的研究其实是统一的思想，物理学的完整、和谐美在这里得到了体现。物理学研究最大与最小对象的两个分支-------宇宙学和粒子物理学奇妙地衔接在一起，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴。让同学们考好物理，更喜欢物理，不仅在中学时学习物理，更为学生终生学习物理奠定基础。

【考点定位】

1 第三章 碱金属原子结构及光谱

碱金属原子： Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (周期表中I族元素)

特点： 最外层只有一个电子, 内层形成“闭合壳层”(中学化学：原子中电子分层排列，每层排满2n2个电子形成“闭合壳层”，第四章介绍)。只考虑最外层的那一个电子和“闭合壳层+原子核＝原子实”的作用。

§3.1 能级和光谱---最外层电子和原子实作用形成

3.1.1 能级和能级图(玻尔理论为基础的维象理论)

1, 能级

对氢原子： En = －2nhcRH , (和l, m 无关)

对碱金属原子，和最外层电子的状态有关： En = E n,l = － 2)(lnRhc。 (1) Note: (i) R = R RH ; (n－l) n; l（量子数亏损），和n, l有关;

(ii) En 对l的“简并”消除，E＝E n,l 。

一个n, 对应l （0，1，2，3，…n -1）个E n,l 。

对： l = 0, 1, 2, 3, 4, …，描述的电子

表示： s, p, d, f, g, …，

l ： s, p, d, f, g ,…。

2, Na原子(Z=11)的能级图  格罗春图

纵轴：E n,l / eV

最右边一列：H （对比, 只和n有关）;

第一列 (S能级)： s 电子； n ＝3，4，5，…，（无 n ＝1，2, Why ?：2n2）

。。。。。。

第四列 (F能级)：f 电子； n ＝4，5，6，…，（无 n ＝3，2，1 , Why ?: lmax = n-1 ）

问题：Li、K、。。。能级图特点？

3.1.2 光谱和能级跃迁规律- Na原子为例

仅存在:  l ＝1 （2-67）的跃迁，由此构成四个主要线系。

1， 锐线系（nS 3P, n ＝4，5，6,…, ）  l ＝－1

第三章 量子力学初步

3.1 波长为A1的X光光子的动量和能量各为多少？

解：根据德布罗意关系式，得：

动量为：12410341063.6101063.6秒米千克hp

能量为：/hchvE

焦耳151083410986.110/1031063.6。

3.2 经过10000伏特电势差加速的电子束的德布罗意波长? 用上述电压加速的质子束的德布罗意波长是多少？

解：德布罗意波长与加速电压之间有如下关系：

meVh2/ 对于电子：库仑公斤，19311060.11011.9em

把上述二量及h的值代入波长的表示式，可得：

AAAV1225.01000025.1225.12

对于质子，库仑公斤，19271060.11067.1em，代入波长的表示式，得：A319273410862.2100001060.11067.1210626.6

3.3 电子被加速后的速度很大，必须考虑相对论修正。因而原来AV25.12的电子德布罗意波长与加速电压的关系式应改为：

AVV)10489.01(25.126

其中V是以伏特为单位的电子加速电压。试证明之。

证明：德布罗意波长：ph/

对高速粒子在考虑相对论效应时，其动能K与其动量p之间有如下关系：222022cpcKmK

而被电压V加速的电子的动能为：eVK

2200222/)(22)(ceVeVmpeVmceVp 因此有：

2002112/cmeVeVmhph

一般情况下，等式右边根式中202/cmeV一项的值都是很小的。所以，可以将上式的根式作泰勒展开。只取前两项，得：

)10489.01(2)41(260200VeVmhcmeVeVmh

由于上式中AVeVmh25.122/0，其中V以伏特为单位，代回原式得：

第12章 原子和原子核物理

一、选择题

基础：

1、原子核的组成中不包括的是 （ ）

A、质子； B、中子； C、电子； D、核子。

2、某放射性元素的半衰期为10年，则 （ ）

（A）20年后这种元素全部衰变完； （B）5年后这种元素衰变掉1/4，还剩下3/4；

（C）即使5000年后这种元素还会剩下一小部分；（D）以上三个说法都是错误的。

3、核电站发电是利用原子核的 （ ）

（A）、辐射能； （B）、裂变能； （C）、原子能； （D）、聚变能。

4、下列表述中错误的是 （ ）

（A）由一种核素自发地变为另一种核素，同时放射出射线的现象称为放射性；

（B）衰变是原子核自发地放射出He42而发生的转变；

（C）轨道电子俘获是衰变的一种；

（D）几乎所有的放射性现象均伴随着射线的发射。

5、原子的有核模型是卢瑟福通过下列哪个实验提出的 （ ）

（A）黑体辐射实验； （B）光电效应实验；

（C）粒子散射实验； （D）康普顿效应实验。

二、填空题

基础：

1、原子核反应的类型主要有轻核的 聚变 反应和重核的 裂变 反应。

2、21216HC( 136C )11H。

3、原子核的裂变主要有 自发 裂变和 诱发 裂变。

4、放射性β衰变主要有衰变, 衰变和 轨道电子俘获 。

5、23892U原子核经连续衰变生成20682bP时，发射 8 个粒子和 6 个粒子。

三、判断题

基础：

1、测量结果表明，各种原子核的半径R和它们的质量数A之间的关系为130RrA。

（ √ ）

2、我们现在所知道的原子的有核结构模型是汤姆孙的学生卢瑟福提出的。（ √ ）