原
子物理学期末复习 §
原子结构 1
、 原子模型 �
1�汤姆孙模型�实验��射线 西瓜模型 �2�卢瑟福模型�实验��粒子散射 库
仑散射公式�a
b =
c o t 2
2��2
1204E m Z Z e a r ����
m r
是入射粒子可接近原子核的最小距离
理论�核式模型�意义�描绘了原子内部结构 困难�无法解释原子的稳定性�同一性和再生性 2
、 波尔理论�实验�光电效应�量子解释 氢光谱�波数�1
��
�%n 221211=R (-�
n n
巴尔末系1n =1,2… ,2n =1n +1… 莱曼系�1n =1, 2n =2,3…
弗兰克-赫兹实验�证明原子内部能量是量子化的 碱金属原子光谱�轨道在原子实中贯穿和原子实的极化 理
论�定态假设 频率条件(跃迁假设)�n n h v E E �
�� 2n R
c h E n
��
氢基态�013.6E e V ��
角动量量子化�L n m v r ��h §
电子-轨道自旋 1、 电子自旋 �1� 实验验证�施恩-盖拉赫实验 证
明了�空间量子化的事实�电子自旋假设的正确�s =1/2; 电
子自旋磁矩数值的正确s
,z B ���
��2s g �
碱金属双线 碱金属能级分裂的原因是�自旋-轨道相互作用
反常塞曼效应证明了�电子不是点电荷�它除了轨道角动量外�还有自旋运动。 正
常塞曼效应和反常塞曼效应产生差别的原因是�电子自旋。 �
2� 理论�角动量磁矩关系�2e L m ���u
r u r
量子表达式�j B (1)j j j g ������j
,z B j j m g ���
��2
B e e m ��h
角动量量子化�(1)L l l ��h z z L m �h 0,1l m l ������
P 155图18.3轨道角动量矢量模型
自旋假设�(1)S s s ��u r
h s =12 12
z s ��h
朗德g 因子: 22
2ˆˆ
31()ˆ
22j s l g j ��� 2
ˆ(1)s s s �� 2
、 泡利原理 �1� 实验�氦光谱有两套光谱�单一态和三重态�早先认为氦有正氦和仲氦� �2� 理论�泡利不相容原理�在一个原子中不可能有两个或两个以上的电 子
具有完全相同的�n ,l ,m l ,s m �即原子中的每一个状态只能容纳一个电子。 �
3� 自旋-轨道耦合——描述费米子自旋2
h
不
带电(质子�中子�电子) 光
子是玻色子自旋为h 不遵循泡利不相容原理 多
电子耦合�电子组态�n n l l ���判定原子态的跃迁定则� L
-S 偶合�0;0,1;0,1(00)s l j j j ���������V V V 除外
J -J 耦合�0,1;0,1(00)l j j j ��������V V 除外 �
4� 泡利不相容原理 ①
电子组态�电子的填充顺序原则�n +l 相同�先填l 小的 n +l 不同�n 相同先填l 小的�n 不同先填n 大的
②
基态的判定� 洪
特定则:同一电子组态不同原子态中�当S 大的能级低�S 相同L 大的能级低 附加定则:对于同科电子�l 相同j 不同,当电子数小于半满时J L S ��能级低 当电子数大于半满时J L S ��能级低 朗
德间隔定则:三重态中相邻能级间的间隔与两个J 值中较大的那个值成正比 基
态的判断�a )电子满壳层或满支壳层是s =l =j =0所以基态为10S
b )最外壳层或支壳层未满时 小
于半满J 小的能级低�1
(21)2
l i i L m m l m ������2m S �
J =L -S
大
于半满J 大的能级低�1()()2
2l l i l i N
L m N n n ������2l N n S ��
J =L +S
c )最外层有两个支层未满时分别求两个支壳层的L 和S 最后相加。 ③
能级跃迁图��00j j ����除外� 3
、 X 射线��1�实验�康普顿散射实验� 波
长增长是因为自由电子与光子�短波X 射线�弹性碰撞 �
2�理论�①谱线�连续谱�电子能量加速连续 标识谱�阳极材料的电子内壳层跃迁 ②
布拉格公式�2d s i n n ��� §
原子核 1、 核质量�结合能�核子结合成某种核时释放的能量。 原
子能�原子核结合能发生变化时释放的能量 获
得核能的两个途径�重核裂变�原子弹�轻核聚变�氢弹� 2
、 核力�性质�①短程力②饱和性③强相互作用④合力与电荷无关 ⑤
核力在极短程内存在斥心力 ⑥核力与自旋有关 介
子理论�P 314费曼图�介子
3
、 核变化 衰
变�
衰变率�0N N e t ��� 放射性活度�0A A e t ���
半衰期� 1/2l
n 20
.693T �
�
��
平均寿命�1/21
144T ��
��
. 三种衰变��衰变�42A A Z Z X Y �����释放H e 衰变能�E E A
A
d ���()
4 �衰变�1A
A Z Z X Y e ������ 连续谱 1
A A Z Z X Y e ������释放电子e 和中微子p
�衰变�不带电—释放光子 核
反应公式: 聚
变条件�轻核聚变温度约为810k
