徐州工程学院原子物理复习.doc

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11光伏原子物理75分范围及参考答案
注: 此份试卷是由11测试班原子物理老师腾绍勇老师给的纸质稿, 后经孟祥龙同学编辑而成的。答案出自11光伏、 11测试两个班多位大神之手, 由于时间仓促, 内中错误难免会有很多, 在此, 此份材料只作为参考材料, 若考试考不到, 本人不负任何责任。

一、 选择题( 共10小题, 每题2分, 共计20分)
1、 原子半径的数量级是: ( B)
A、 B. C. D.
2、 根据波尔理论, 若将氢原子激发到n=5的状态, 则: ( A)
A. 可能出现10条谱线, 分属4个线系 B.可能出现9个谱线, 分属3个线系
C.可能出现11条谱线, 分属5个线系 D.可能出现一条谱线, 属莱曼系
3、 碱金属原子能级的双重结构是由于下面的原因产生: ( A)
A. 价电子自旋与轨道角动量相互作用 B.原子实极化
C.价电子的轨道贯穿 D.相对论效应
4、 氦原子有单态和三重态两套能级, 从而它们产生的光谱特点是: ( D)
A. 单能级各线系皆为单线, 三重能级各线皆为三线
B. 单能级各线系皆为单线, 三重能级各线系皆为双线
C. 单能级各线系皆为双线, 三重能级各线系皆为三线
D. 单能级各线系皆为单线, 三重能级各线系较为复杂, 不一定是三线
5、 原子中轨道磁矩L和轨道角动量L的关系应为: ( B)
A. B.C. D.
6、 我们说能够用描写碱金属原子中价电子的量子数n, l,j来描写伦琴射线光谱对应的状态, 确切地说应该是描写: ( A)
A. 内壳层具有空位的状态 B.内壳层某个电子的状态
C.K壳层电子的状态 D.最外壳层价电子的状态
7、 在LS耦合下, 两个非同科p电子能形成的原子态是: ( D)
A. , B.
C. D.
8、 镁原子( Z=12) 处于基态时价电子的原子组态及基态原子应是: ( A)
A. B. C .D.
9、 电子填充外层原子轨道是, 先填4s轨道后填3d轨道, 是由于: ( A)
A.n内层电子对4s电子的屏蔽作用不如3d电子的屏蔽作用强
B.3d电子的自旋-自旋作用比4s电子的强
C.3d电子与核的库伦作用比4s电子的更强
D.两电子间的自旋轨道作用使4s能级低于3d能级
10、 经过测量β衰变的β离子能谱, 可得出正确的结论: ( B)
A.为连续谱, 最大值不确定, 与核具有能级相矛盾
B.为连续谱, 有确定的最大值, 与核具有能级不矛盾
C.为连续谱, 有确定的最大值, 与核具有能级相同
D.为连续谱, 没有确定的最大值, 故仍可确定核能级。
11、 原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中: ) C)
A. 绝大多数α粒子散射角接近180 B.α粒子只偏2°~3°
C. 以小角散射为主也存在大角散射 D.以大角散射为主也存在小角散射
12、 对氢原子, 考虑精细结构之后, 其莱曼系一般结构的每一条谱线应分裂为: ( B)
A. 3条 B. 2条 C.5条 .D.不分裂
13、 碱金属光谱的主线系是由于电子在下列哪种跃迁下形成的? ( D)
A. nS B.nD
C. nF D.nP
14、 不能说明电子具有自旋的实验是哪个? ( B)
A. 碱金属原子光谱的精细结构 B.弗兰克-赫兹实验
C.史特恩-盖拉赫实验 D.塞曼效应
15、 单个d电子的总角动量摄影的可能值为: (D)
A. 2, 3 B.,
C. 3, 4 D.3/2, 5/2
16、 用电压V加速的高速电子与金属靶碰撞而产生X射线, 若电子的电量为-e, 光速为c, 普朗克常量为h,则所产生的X射线的短波限为: (C)
A. B. eV/2hc C. hc/eV D2hc/eV
17、 若原子处于和状态, 它们的朗德因子g的值分别为: (D)
A. 1和2/3 B. 1和4/3 C. 2和2/3 D.1和2
18、 将钠光灯置于某均匀磁场中, 发现波长为589.0nm的谱线分裂为间距相等的三条谱线。人们将这种现象称为: (B)
A. 反常塞曼效应 B.正常塞曼效应
C. 顺磁共振 D.帕邢-巴克效应
19、 X射线的特征谱是由于什么原因产生的?(B)
A.原子中价电子在不同能级间跃迁产生的
B.原子中内层电子的跃迁产生的
C.高速电子在靶上减速产生的
D.原子核在不同能级间跃迁产生的
20、 卢瑟福由α粒子散射实验得出原子核式结构模型时, 所依据的理论基础是(D)
A.普朗克能量子假设 B.爱因斯坦的光量子假设
C. 狭义相对论 D.经典理论
21、 由壳层结构理论和洪德定则可知, 氯原子( Z=17) 基态是的原子态应是: ( B)
A. B. C. D.
22、 碱金属原子的光谱项为: (D)
A. T=R/ B. T= C. T= D.T=
23、 氖原子的电子组态为, 根据壳层结构能够判断氖原子基态为: ( C )
A. B. C. D.
24、 在正常塞曼效应中, 沿磁场方向观察时将看到几条谱线: ( C )
A. 0 B. 1 C. 2 D. 3
二、 填空题( 共10小题, 每题2分, 共计20分)
1、 氢原子莱曼线系的波数表示式为
2、 弗兰克-赫兹实验测定了使原子激发的”激发电势”, 从而证实了原子内部能量是___量子化的___。
3、 单个f电子总角动量量子数的可能值为______。
4、 在一个多重能级的结构中, 例如三个能级的两个间隔之比等于_________。
5、 根据泡利不相容原理, 具有相同n和l的电子构成一个次壳层中能够容纳的最多电子数是_2( 2l+1) __。
6、 原子态的磁场中能级发生劈裂, 则磁量子数M等于_2,1,0,-1,-2_。
7、 某原子n=1壳层, n=2壳层和3s壳层都填满, 3p此壳层只缺一个电子, 则该原子的原子序数Z=_____17____。
8、 X射线谱由_标识谱、 连续谱_两部分构成。
9、 康普顿散射中射线波长的改变Δλ=_____。
10、 原子核放射性α衰变的方程可表示为_______。
11、 公式==R()是描述氢原子光谱的__赖曼___线系。
12、 波尔理论的三个假设为__1、 经典理论+定态条件_;2、 频率条件: ;3、 角动量量子化_。
13、 电子的自旋同自己的轨道运动的相互作用, 比两电子间的自旋轨道运动相互作用强, 则会形成_____j-j___耦合。
14、 碱金属原子光谱的精细结构是由于电子的__自旋运动和轨道运动__相互作用, 导致碱金属原子能级出现双层分裂( s项除外) 而引起的。
15、 氦原子的激发态常常是其中一个电子被激发, 另一个电子仍留在1s态, 这种情况下, 能级跃迁选择定则则要求ΔL=______1______________。
16、 根据洪特定则, 从同一电子组态形成的能级中, 重数最高的, 即S值最大的能级位置_最低_。
17、 原子处于状态, 该原子磁矩的投影的可能值为__。
18、 X射线的标示谱由原子内层电子的跃迁____的确定。
19、 已知某原子的基态原子态符号位, 按照施特恩-盖拉赫的方法经过极不均匀的磁场原子束分裂成__2__束。
20、 β衰变有三种情况, 一种是发射负电子。另一种是放射正电子。还有一种被称为K俘获。
21、 氦原子的能级有两套, 一套是_单_重的, 一套是__三_重的, 从而产生的光谱应有__两_套。历史上曾认为有两种氦, 对应于前者的称为仲氦, 对应于后者的称__正_氦。
22、 电荷数Z相同而质量数A不同的原子核, 称为_同位素_。而A相同, Z不同的核素称为___同量异位数____________。
23、 氦原子的激发态常常是其中的一个电子被激发, 另一个电子仍留在1s态, 这种情况下, 电偶级跃迁的选择定则则可简化为ΔL=_1_。ΔJ=_0,1_。
三、 简答题
1、 简述原子光谱研究过程中, 玻尔的氢原子理论的提出背景及基本内容或假设。
答: 1、 背景: 一、 经典理论无法解释原子光谱。二、 光谱的实验资料和经验规律。三、 以实验为基础的原子核式结构模型。四、 以黑体辐射的事实发展出来的量子论。
2、 假设: 1、 经典理论+定态条件;2、 频率条件: ;3、 角动量量子化。
2、 在弗兰克赫兹实验中, 什么粒子被用来碰撞原子? 并简述实验现象和结论。
答: 用电子碰撞原子。现象: 当KG间电压由零逐渐增大时, A极电流起初上升, 当电压达到4.1伏特时, 电流突然下降, 不久又上升到9.0伏特的电压时, 电流又下降, 然后电压又上升到13.9伏特, 电流又下降, 这两个电流突然下降时电压相差都是4.9伏特。
结论: 电子碰撞原子使后者从低能级激发到高能级, 证明了能级的存在, 原子内部能量的量子化。
3、 简述下列四种量子数: n,l,和的名称、 取值范围和代表含义。
答: n: 主量子数, 1,2, 3......代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要部分。
l: 轨道量子数, 0,1,2......n-1代表轨道的形状和轨道的角动量, 也同电子的能量有关。
: 轨道磁量子数, 0, ......, 代表轨道在空间的可能取向。
: 自旋磁量子数, , 代表电子自旋的取向。
4、 只考虑两个价电子相互作用的情况, 简述LS耦合模型。
答: 两个电子自旋方向作用很强, 两个轨道之间作用也很强, 那么两个自旋运动结合成一个总的自旋运动, 两个自旋角动量绕着自旋总角动量旋进, 同样两个轨道角动量也合成轨道总角动量,然后轨道总角动量再和自旋总角动量合成总角动量, 再绕着旋进。

5、 简述史特恩-盖拉赫实验结果揭示的物理含义, 说明原子束分裂的条数如何确定。
答: 揭示了空间量子化的理论, 原子在磁场中取向量子化。
,有几个m值就分裂成几条。N=2J+1
6、 原子核发生β衰变时, 射线的能谱是连续的, 这与原子核内部能量量子化的结论是否矛盾, 并解释原因?

四、 计算题
1、 解释Cd的6438埃的红光()在外磁场中的正常塞曼效应, 并画出相应的能级图。
答:
M 2 1 0 -1 -2
2 1 0 -1 -2
1 0 -1
-1 -1 -1 0 0 0 1 1 1

因此三条谱线波数差为一个洛伦兹单位。

2、 某原子基态的两个价电子都在6s轨道。若其中一个价电子被激发到7s轨道, 而其价电子间相互作用属于jj耦合。问此时该原子可能有哪些状态, 并写出原子态?
答: 激发后的电子组态为:6p7s

因此激发后可能有四种状态

3、 试计算氦原子光谱中波长为7065A()的谱线, 在强磁场中发生塞曼效应时分裂为条数, 并说明是否是正常塞曼效应。
答: 对能级: L=0, S=1, J=1,
因此, 可分裂成三条裂开的两谱线与原谱线的波数差均为2L, 因此不是正常塞曼效应。
4、 已知钒原子基态的电子组态和原子态。如果价电子被激发到4s态, 问向基态跃迁时可能会发出几条光谱线? 是画出能级跃迁图, 并说明之。
答: 1、 J=3/2 N=2J+1=4
因此基态钒原子束在不均匀横向磁场中将分裂为四束。
2、
按LS耦合后:
5、 写出钠原子基态的电子组态和原子态如果价电子被激发到4s态, 问向基态跃迁时可能会发出几条光谱线? 试画出能级跃迁图, 并说明之。

6、 推导康普顿散射公式, 并说明该表示式的物理含义。
答: 设射线原有频率, 散射后为’, 电子碰撞前可看作是静止的, 静止质量为,碰撞后速度为v,质量,
根据能量守恒定律和动量守恒定律:

7、 计算Na双线( ) 在外场中的分裂情况, 试问( 1) 原能级的分裂情况如何? ( 2) 原谱线分为几条? (3) 是正常塞曼效应还是反常塞曼效应?
答:

M 3/2 1/2 -1/2 -3/2
6/3 2/3 -2/3 -6/3
1 -1
-5/3 -3/3 -1/3 1/3 3/3 5/3
L, 6条 波数差为2/3L 反常塞曼效应

M 1/2 -1/2
1/3 -1/3
1 -1
-4/3 -2/3 2/3 4/3

4条, 波数差为: 4/3L 反常塞曼效应

8、 在施特恩-盖拉赫实验中, 某个原子处于不均匀的磁场区域时会受到力的作用, 磁场梯度如右图所示。试推导原子在该力的作用下到达相片产生的横向移动。若使用基态为的原子, 问该原子在相片上会产生几条斑纹。

则有n个M值, 相片上就有n条黑条
对于, M=2, 1, 0, -1, -2
因此, 该原子在相片会产生5条斑纹。