原子物理学第4章
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第四章:碱金属原子和电子自旋锂、钠、钾、铷、铯、钫化学性质相仿、都是一价、电离电势都比较小,容易被电离,具有金属的一般性质。
一、碱金属原子的光谱1、四个线系(锂为例):其他碱金属光谱系相仿,只是波长不同主线系:波长范围最广,第一条线是红色的,其余在紫外,系限2299.7埃;第一辅线系(漫线系):在可见部分;第二辅线系(锐线系):第一条线在红外,其余在可见部分;伯格漫线系(基线系):全在红外。
2、巴尔末氢原子光谱规律: ,5,4,3),1-21(1~22===n nR v H λ 碱金属原子光谱:2*∞-~~nR v v n = R 为里德伯常数,当,所以∞v ~是线系限的波数,且有效量子数*n 不是整数,Δ==-*n TR n 3、碱金属原子的光谱项:22*Δ)-(n R n R T == 4、同一线系的有效量子数与主量子数差别不大;与某一量子数对应不同线系的有效量子数差别明显,引进角量子数加以区分:5、每一线系线系限波数恰好是另一线系第二谱项值中最大的那个。
共振线:主线系第一条。
6、碱金属原子氢原子能级的比较n 很大时,碱金属原子能级 很接近氢原子能级;n 较小时,碱金属原子能级 与氢原子能级相差大; 且n 相同,l 不同的能级高低差别很大。
二、原子实极化和轨道贯穿:原子=原子实+价电子1、原子实:碱金属原子中的电子具有规则组合,共同点是在一个完整的结构之外,多余一个电子,这个完整而稳固的结构称为原子实。
由于原子实的存在,发生原子实的极化和轨道在原子实中的贯穿。
2、价电子:原子实外的那个电子称作价电子。
价电子在较大的轨道上运动,与原子实结合不是很强,容易脱离。
它决定元素的化学性质,在较大的轨道上运动。
3、原子实的极化:由于价电子的电场的作用,原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心发生微小相对位移,于是负电的中心不再在原子核上,形成一个电偶极子。
① 角量子数l 小:轨道偏心率大(椭圆),极化强,能量影响大;② 角量子数l 大:轨道偏心率小(接近圆),极化弱,能量影响小。
目录第一章原子的位形 (2)第二章原子的量子态:波尔模型 (8)第三章量子力学导论 (12)第四章原子的精细结构:电子的自旋....................... 错误!未定义书签。
第五章多电子原理:泡利原理 (23)第六章X射线 (28)第七章原子核物理概论.......................................... 错误!未定义书签。
1.本课程各章的重点难点重点:α粒子散射实验公式推导、原子能量级、氢原子的玻尔理论、原子的空间取向量子化、物质的波粒二象性、不确定原则、波函数及其物理意义和薛定谔方程、电子自旋轨道的相互作用、两个价电子的原子组态、能级分裂、泡利原理、电子组态的原子态的确定等。
难点:原子能级、电子组态、不确定原则、薛定谔方程、能级分裂、电子组态的原子态及基态的确定等。
2.本课程和其他课程的联系本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设,同时又是理论物理课程中量子力学部分的前导课程,拟在第三学年第一学期开出。
3.本课程的基本要求及特点第一章原子的位形:卢瑟福模型了解原子的质量和大小、原子核式模型的提出;掌握粒子散射公式及其推导,理解α粒子散射实验对认识原子结构的作用;理解原子核式模型的实验验证及其物理意义。
第二章原子的量子态:玻尔模型掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式;理解玻尔原子模型的基本假设、经典轨道、量子化条件、能量公式、主量子数、氢能级图;掌握用玻尔理论来解释氢原子及其光谱规律;了解伏兰克---赫兹实验的实验事实并掌握实验如何验证原子能级的量子化;理解索菲末量子化条件;了解碱金属光谱规律。
第三章量子力学导论掌握波粒二象性、德布罗意波的假设、波函数的统计诠释、不确定关系等概念、原理和关系式;理解定态薛定谔方程和氢原子薛定谔方程的解及n,l,m 三个量子数的意义及其重要性。
第四章 原子的精细结构:电子的自旋理解原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的 确定;了解史特恩—盖拉赫实验的实验事实并掌握实验如何验证角动量取向的量子化;理解碱金属原子光谱的精细结构;掌握电子自旋与轨道运动的相互作用;了解外磁场对原子的作用,理解史特恩—盖拉赫实验的结果、塞曼效应。