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1、原子(yunz)物理学总复习2014年年段正路段正路(zhngl)第一页，共42页。第一章 原子(yunz)的基本状况重点：重点：1，原子的核式结构，原子的核式结构2，粒子粒子(lz)散射实验的意义散射实验的意义第二页，共42页。1、卢瑟福的原子核式模型、卢瑟福的原子核式模型(mxng)2.粒子粒子(lz)的散射的散射实验实验：粒子被静止核的库仑场散射(snsh)的角度由下式决定原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中央一个很小的体积内，称为原子核原子核。原子中的电子在核的周围绕核运动。3.卢瑟福公式：卢瑟福公式：被散射到与粒子的初始运动方向成角的元立体角d内的相对粒子数为：第三页，共4
2、2页。第二章 原子的能级(nngj)和辐射重点：重点：1、氢原子光谱的实验规律、氢原子光谱的实验规律(gul)。2、玻尔的氢原子理论。、玻尔的氢原子理论。第四页，共42页。1、氢原子光谱的一般、氢原子光谱的一般(ybn)规律规律原子(yunz)发光具有线状光谱的特征，氢原子(yunz)光谱的实验规律是：R 里德堡常数(chngsh)；T(m)光谱项。m=1，n=2、3、4，赖曼系（紫外）m=2，n=3、4、5，巴尔末系（可见光）m=3，n=4、5、6，帕邢系（红外）m=4，n=5、6、7，布喇开系（远红外）光谱线系光谱线系第五页，共42页。2、玻尔的氢原子理论、玻尔的氢原子理论(lln)三个基
3、本(jbn)假设：定态假设：电子在符合量子条件的轨道上运动时，原子(yunz)具有一定能量而不发生辐射。频率规则频率规则：电子从能量En的定态跃迁到Em时，原子辐射 光子，其频率 角动量量子化条件角动量量子化条件：P=mrv=n h/2，n=1、2、3第六页，共42页。三个结论三个结论(jiln)：氢原子中电子的轨道(gudo)半径：氢原子的能级(nngj)公式：n=1、2、3n=1、2、3 氢原子光谱：氢原子能级能量与对应光谱项关系式：第七页，共42页。两个两个(lin)实验：实验：1、夫兰克赫兹实验 物理意义(yy)：为原子的量子化能级的存在给出了直接的 实验验证。2、史特恩盖拉赫实验 史
4、特恩盖拉赫实验证实了 （1）角动量空间取向量子化；（2）电子自旋假设。第八页，共42页。第三章 量子力学(lin z l xu)基础光的波粒二象性光的波粒二象性微观粒子的二象性微观粒子的二象性海森堡不确定海森堡不确定(qudng)关系关系波函数波函数的统计的统计(tngj)解释：波函数模的平方代表某时解释：波函数模的平方代表某时刻刻t在空间某点附近单位体积内发现一个粒子的概率，在空间某点附近单位体积内发现一个粒子的概率，即即 代表概率密度。代表概率密度。第九页，共42页。第四章第四章 碱金属原子碱金属原子(yunz)和和电子自旋电子自旋重点：重点：1、碱金属原子光谱的规律、碱金属原子光谱的规律
5、(gul)和能级和能级 2、碱金属原子光谱精细结构的规律、碱金属原子光谱精细结构的规律(gul)3、电子自旋与轨道的相互作用规律、电子自旋与轨道的相互作用规律(gul)第十页，共42页。一、基本(jbn)内容碱金属原子光谱项碱金属原子(yunz)定态的能级2、碱金属原子光谱规律(gul)的解释 多电子原子结构的价电子模型碱金属原子能级简并解除，能量不仅与n有关，还与l有关。原因：a.原子实极化。b.轨道贯穿。第十一页，共42页。碱金属原子光谱精细结构的规律碱金属原子光谱精细结构的规律(gul)主线主线(zh xin)系系第二辅线系第二辅线系（锐线系）（锐线系）第一辅线系第一辅线系（漫线系）（漫
6、线系）柏格曼线系柏格曼线系（基线系）（基线系）四个线系四个线系碱金属原子光谱精细结构产生碱金属原子光谱精细结构产生(chnshng)的原因的原因电子自旋电子自旋轨道角动量轨道角动量自旋角动量自旋角动量第十二页，共42页。自旋自旋(z xun)轨道耦合轨道耦合自旋磁矩与轨道运动产生的磁场相互作用引起(ynq)的能量修正项是：自旋自旋(z xun)与轨道角动量耦合：与轨道角动量耦合：精细结构产生的原因：精细结构产生的原因：对于S态电子（l=0），j量子数取唯一值1/2，故为单层。对于p、d、f等电子（l0），j量子数取两个可能值，故为双层双层。单电子辐射跃迁的选择定则选择定则：l=1，j=0，1原
7、子态原子态符号符号重态数重态数第十三页，共42页。n l j 价电子符号价电子符号 原子态符号原子态符号12301/21s011/2 3/2 2s2p,2p0123s3p3d1/2 3/2 2/3 2/54.4 电子自旋同轨道电子自旋同轨道(gudo)运动的相互作用运动的相互作用第十四页，共42页。第五章第五章 多电子多电子(dinz)原原子子重点：1、氦和碱土金属的光谱的一般规律(gul)2、两个价电子的角动量耦合规律(gul)和原子态 3、泡利原理 4、多电子原子光谱的一般规律(gul)5、跃迁选择定则第十五页，共42页。1.1.氦和碱土金属光谱氦和碱土金属光谱(gungp)(gungp)
8、规律规律2.2.电子组态的表示电子组态的表示(biosh)(biosh)基态电子组态：基态电子组态：简记：简记：1.1.两套光谱线系，两套能级两套光谱线系，两套能级(nngj)(nngj)2.2.两套能级间不产生跃迁两套能级间不产生跃迁 3.3.电子组态相同的，三重态能级总低于单一态相应的能级；三电子组态相同的，三重态能级总低于单一态相应的能级；三重能级结构中，同一重能级结构中，同一 值的三个能级，值的三个能级，值大的能级低值大的能级低（倒转次序）（倒转次序）简记：简记：第十六页，共42页。L-S耦合总角动量总角动量LSLS耦合下的原子态符号耦合下的原子态符号(fho)(fho)表示表示:s=
9、0，单重态，单重态s=1，三重态，三重态洪特定洪特定(tdng)则则朗德间隔朗德间隔(jin g)定则定则能级排布规则能级排布规则第十七页，共42页。j-j j-j 耦合耦合j-jj-j耦合下原子耦合下原子(yunz)(yunz)态标记态标记第十八页，共42页。泡利不相容原理泡利不相容原理(yunl)在一个原子中，不可能有两个或两个以上在一个原子中，不可能有两个或两个以上在一个原子中，不可能有两个或两个以上在一个原子中，不可能有两个或两个以上(yshng)(yshng)(yshng)(yshng)的电子具有的电子具有的电子具有的电子具有完全相同的状态完全相同的状态完全相同的状态完全相同的状态(
10、完全相同的四个量子数完全相同的四个量子数完全相同的四个量子数完全相同的四个量子数)。一一一一.跃迁只能发生在不同宇称跃迁只能发生在不同宇称跃迁只能发生在不同宇称跃迁只能发生在不同宇称(y chn)(y chn)(y chn)(y chn)的原子态间的原子态间的原子态间的原子态间辐射跃迁的选择定则辐射跃迁的选择定则 j-jj-jj-jj-j耦合跃迁选择定则耦合跃迁选择定则耦合跃迁选择定则耦合跃迁选择定则:L-SL-SL-SL-S耦合跃迁选择定则耦合跃迁选择定则耦合跃迁选择定则耦合跃迁选择定则:（0 0除外）（0 0 0 0除除外外）或或或或对对对对换换换换二二.看具体的耦合形式看具体的耦合形式第
11、十九页，共42页。第六章第六章 在磁场在磁场(cchng)(cchng)中的原子中的原子一、基本(jbn)要求1、理解用有效磁矩代表原子总磁矩的理由2、掌握在LS耦合下原子总磁矩的计算公式3、理解在外磁场中原子能级的分裂4、理解斯特恩 盖拉赫实验的解释5、确切理解塞曼效应第二十页，共42页。轨道轨道(gudo)运动：运动：自旋自旋(z xun)运动：运动：原子原子(yunz)(yunz)的磁矩的磁矩=电子的轨道磁矩电子的轨道磁矩+电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩+原子原子(yunz)(yunz)核的磁矩核的磁矩 电子的轨道磁矩电子的轨道磁矩+电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩原子的磁矩第二十一页，共42
12、页。1 1、单电子、单电子(dinz)(dinz)原子的磁矩原子的磁矩 在LS耦合下原子(yunz)总磁矩的计算公式单电子原子单电子原子单电子原子单电子原子(yunz)(yunz)总磁矩（有效磁矩）总磁矩（有效磁矩）总磁矩（有效磁矩）总磁矩（有效磁矩）:朗德因子朗德因子朗德因子朗德因子 第二十二页，共42页。2 2、多电子、多电子(dinz)(dinz)原子的磁矩原子的磁矩L-S L-S 耦合耦合j-j j-j j-j j-j 耦合耦合耦合耦合第二十三页，共42页。3、在外磁场(cchng)中原子能级的分裂在外磁场(cchng)中原子能量计算公式拉莫尔旋进(xun jn)在外磁场中在外磁场中在
13、外磁场中在外磁场中,原子的能级分裂成原子的能级分裂成原子的能级分裂成原子的能级分裂成 个个个个,间隔为间隔为间隔为间隔为-洛伦兹单位与能量变化与能量变化E对应的能级的光谱项变化为：对应的能级的光谱项变化为：第二十四页，共42页。5、塞曼效应塞曼效应塞曼效应 在足够强的外磁场中，原子光谱的谱线发生分在足够强的外磁场中，原子光谱的谱线发生分裂，分裂后的每条谱线都是偏振的。裂，分裂后的每条谱线都是偏振的。正常塞曼效应：在塞曼效应中，如果每条光谱线分裂成三正常塞曼效应：在塞曼效应中，如果每条光谱线分裂成三条有规律条有规律(gul)的谱线，一条波长不变（称为的谱线，一条波长不变（称为线偏振线偏振光，电矢
14、量平行于外磁场），另外两条的波数与原波数光，电矢量平行于外磁场），另外两条的波数与原波数之差都等于一个洛仑兹单位，分列两边，都是之差都等于一个洛仑兹单位，分列两边，都是线偏振光线偏振光（电矢量垂直于外磁场）。（电矢量垂直于外磁场）。反常塞曼效应：谱线分裂反常塞曼效应：谱线分裂(fnli)的条数，间距和偏振情况的条数，间距和偏振情况与正常塞曼效应不完全相同时。与正常塞曼效应不完全相同时。第二十五页，共42页。塞曼效应的解题思路：应掌握分析塞曼效应、计算、作图的基本方法。基本步骤 1，计算原谱线跃迁初、末态的朗德因子g1和g2 2，列表计算可能(knng)的 值 3，计算分裂后每条谱线与原谱线的频
15、率差（或波数差）第二十六页，共42页。洛仑兹单位(dnwi)画出能级(nngj)图和能级(nngj)跃迁图。塞曼跃迁(yuqin)的选择定则：M=0 产生光。M=1 产生光。第二十七页，共42页。2.2.镉镉6438.476438.47埃的塞曼效应埃的塞曼效应这条线对应的跃迁是这条线对应的跃迁是这条线对应的跃迁是这条线对应的跃迁是1D21P11P11D2L S J M g Mg2 0 2 0，1，2 1 21 0 1 0，1 1 1 第二十八页，共42页。借助格罗春图计算借助格罗春图计算(j sun)波数的改变：波数的改变：M 2 1 0 -1 -2 M2g2 2 1 0 -1 -2M1g1
16、1 0 -1（M2g2-M1g1）=0 0 0-1-1-11 1 1第二十九页，共42页。第七章、原子第七章、原子(yunz)(yunz)的的壳层结构壳层结构一、基本要求1、理解元素性质的周期性变化（反映出原子内部结构的规律(gul)性）。2、掌握原子核外电子排布所遵守的规律(gul)。3、掌握原子核外电子的壳层结构。第三十页，共42页。1、元素性质的周期性变化 2、原子(yunz)核外电子排布遵守两条规律：泡利不相容原理和最低能量原理。四个量子数：n；l；ml；ms。不能有两个电子具有完全相同的四个量子数，即原子(yunz)中的电子是分布在不同状态的。第三十一页，共42页。3、原子核外电子(
17、h wi din z)的壳层结构电子壳层：K、L、M、N、O、P、Q对应(duyng)量子数n：1、2、3、4、5、6、7每个电子壳层能容纳的最多电子数为2n2。次壳层：S、P、d、f 对应(duyng)量子数l：0、1、2、3 各次壳层能容纳的最多电子数为2(2l+1)了解各个周期原子基态的电子组态。第三十二页，共42页。2.确定原子基态光谱项的简易确定原子基态光谱项的简易(jiny)方法方法(1)由泡利原理和能量最低原理求一定电子组态的最大S。(2)求上述情况上的最大L。(3)由半数(bn sh)法则确定J。(4)按2s+1LJ 确定基态原子态（光谱项）。第三十三页，共42页。第八章第八章
18、 X X射线射线重点：重点：X射线的基本性质射线的基本性质 X射线的产生机制射线的产生机制(jzh)与与X射线相关的原子能级射线相关的原子能级 康普顿散射康普顿散射第三十四页，共42页。布拉格方程布拉格方程(fngchng)1，X射线连续谱发射机制：轫致辐射2，X射线标识(biozh)谱发射机制：内层电子跃迁连续谱的短波(dunb)限X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成。各元素标识谱有相似结构，分为波长最短的K线系、L线系、M线系等。第三十五页，共42页。一个一个(y)实验：康普顿效实验：康普顿效应应康普顿公式康普顿公式(gngsh)(gngsh)实验过程，实验结论，物理解释实验过程，实验结论，
19、物理解释(jish)(jish)，意，意义义 X X射线的吸收谱射线的吸收谱朗伯朗伯朗伯朗伯-比耳定律：比耳定律：比耳定律：比耳定律：第三十六页，共42页。第九章、第九章、原子核原子核重点重点(zhngdin)：1、原子核的基本性质、原子核的基本性质2、原子核的放射衰变、原子核的放射衰变3、原子核反应、原子核反应第三十七页，共42页。二、基本二、基本(jbn)内容内容原子核的符号表示：原子核的符号表示：原子核的符号表示：原子核的符号表示：Z Z Z Z：质子数：质子数：质子数：质子数 A:A:A:A:质量数质量数质量数质量数原子核的组成原子核的组成原子核的组成原子核的组成 质子质子质子质子(z
20、hz)+(zhz)+(zhz)+(zhz)+中子中子中子中子原子核的质量原子核的质量原子核的质量原子核的质量=所有所有所有所有(suyu)(suyu)(suyu)(suyu)核子的质量核子的质量核子的质量核子的质量 相当于所有相当于所有相当于所有相当于所有(suyu)(suyu)(suyu)(suyu)核子结合能的数值。核子结合能的数值。核子结合能的数值。核子结合能的数值。原子核的角动量原子核的角动量原子核的磁矩原子核的磁矩第三十八页，共42页。原子核的统计性：原子核的统计性：A为奇数为奇数(j sh)的原子核属于费米子；的原子核属于费米子；A为偶为偶数的原子核属于玻色子。数的原子核属于玻色子
21、。原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能或或原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变(shuibin)(shuibin)第三十九页，共42页。核力的介子论：核子之间通过核力的介子论：核子之间通过(tnggu)交换交换介子而相互作用，介子而相互作用，介子是核力场的量子。介子是核力场的量子。原子核反应：原子核受一个粒子撞击后而放出一个或几个原子核反应：原子核受一个粒子撞击后而放出一个或几个(j)粒子的过程。粒子的过程。反应反应反应反应(fnyng)(fnyng)(fnyng)(fnyng)能能能能Q Q Q Q第四十页，共42页。功夫在平时，考场别作弊(zu b)！别留空白题！别交空白卷！第四十一页，共42页。祝大家(dji)：成绩(chngj)如意！第四十二页，共42页。