1 第四章 原子的精细结构：电子的自旋（YCS）
玻尔理论考虑了原子主要的相互作用即核与电子的静电作用，较为有效地解释了氢光谱。不过人们随后发现光谱线还有精细结构，这说明还需考虑其它相互作用即考虑引起能量变化的原因。本章在量子力学基础上讨论原子的精细结构。
本章先介绍原子中电子轨道运动引起的磁矩，然后介绍原子与外磁场的相互作用，以及原子内部的磁场引起的相互作用。说明空间量子化的存在，且说明仅靠电子的轨道运动不能解释精细结构，还须引入电子自旋的假设，由电子自旋引起的磁相互作用才是产生精细结构的主要因素。
§4-1原子中电子轨道运动的磁矩
1.经典表示式
在经典电磁学中载流线圈的磁矩为niSˆ。(若不取国际单位制，则nSci)（S为电流所围的面积，n是垂直于该积的单位矢量。这里假定电子轨道为圆形，可证明，对于任意形状的闭合轨道，其结果不变。）
电子绕核的运动必定有一个磁矩，设电子旋转频率为rv2，则原子中电子绕核旋转的磁矩为：LmenvrmmenrrvenreSieee22222
定义旋磁比：edefme2，则电子绕核运动的磁矩为L
上式是原子中电子绕核运动的磁矩与电子轨道角动量之间的关系式。磁矩与轨道角动量L反向，这是因为磁矩的方向是根据电流方向的右手定则定义的，而电子运动方向与电流反向之故。
从电磁学知道，磁矩在均匀外磁场中不受力，但受到一个力矩作用，力矩为B
力矩的存在将引起角动量的变化，即BdtLd
由以上关系可得Bdtd，可改写为dtd
拉莫尔进动的角速度公式：B，表明：在均匀外磁场B中高速旋转的磁矩不向B靠拢，而是以一定的绕B作进动。的方向与B一致。进动角频率（or拉莫尔频率）为：2L
2.量子化条件
此前的两个量子数中，主量子数n决定体系的能量，角动量量子数l决定轨道形状。
5.粒子的波动性和量子力学的建立
素养目标
1.知道德布罗意波，光有波动性和粒子性、量子力学等基本观点和相关试验证据．(物理观念)
2．驾驭光的波粒二象性，理解其对立统一关系；并能应用波粒二象性说明有关现象，提高分析、推理实力．(科学思维)
3．学习科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛，坚持实事求是的科学看法，激发学习科学的爱好．(科学看法与责任)
自主落实·必备学问全过关
一、粒子的波动性和物质波的试验验证
1．粒子的波动性
(1)德布罗意波
法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有________，即每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫________．
(2)物质波的波长、频率关系式
ν＝________，λ＝________．
2．物质波的试验验证
(1)试验探究思路
光的________和衍射现象是光具有波动性的有力证据，假如实物粒子具有波动性，那么，它们就应当像光波那样也能发生干涉和衍射．
(2)试验验证
1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的试验，得到了________的衍射图样，证明白________的波动性．
(3)说明
①后来接连证明白质子、中子以及原子、分子[全部物体都具有波动性和粒子性]的________．对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝的关系同样正确．
②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的________很大，对应的德布罗意波的波长________，根本无法视察到它的波动性[波长越长越简单衍射]．
二、量子力学的建立与应用
1．量子力学的建立
(1)普朗克________理论、爱因斯坦________理论、康普顿________理论、玻尔________理论以及德布罗意________假说等一系列理论[都是针对一个特定的详细问题，不是统一的普遍性理论]在说明试验方面都取得了胜利．
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===nnRvHλ
碱金属原子光谱：2*∞-~~nRvvn= 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==-*nTRn
3、碱金属原子的光谱项：22*Δ)-(nRnRT==
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；
小粒子与大宇宙
1下列说法中正确的是( )
A．太阳是宇宙的中心
B．太阳系中只存在太阳和它的八大行星
C．太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成
D．以上说法都正确
2关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于________．
3天文观测表明：几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大，也就是宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一个理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致．
由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算公式为T＝________.
4在天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿轨道相互环绕的恒星系统称为双星，例如天狼星就是双星系统的一颗子星，另一颗子星是已不再发光的白矮星，它们的环绕周期为50.1年．α星和β星组成的双星系统其“晃动”(实际上是环绕转动，不过人们往往只能看到它们在晃动)周期为T，α星的晃动范围为Dα，β星的晃动范围为Dβ，如图4－7－1所示．试求α星和β星的质量．
图4－7－1
5现在，科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，
“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？
6两颗靠得较近的天体称为双星，宇宙中有一对双星，质量分别为m1、m2，它们以二者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，设双星间的距离为L，不考虑其他星体的影响，求这两颗星的轨道半径和周期．
7阅读如下资料并回答问题：
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它已在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比．即P0＝δT4，其中常用δ＝5.67×10－8 W/m2·K4.在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．有关数据及数学公式：太阳半径Rs＝696 000 km，太阳表面温度T＝5 770
