高中原子物理教程
一原子物理
自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。
§1.1 原子
1．1．1、原子的核式结构
1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的。1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。
1911年，卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说，这个学说的内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。
1、1．
2、氢原子的玻尔理论
1、核式结论模型的局限性
通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。由此可得两点结论：
①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统；
②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。
为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。 2、玻尔理论的内容：
一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。
二、原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即
γh =E 2-E 1
三、氢原子中电子轨道量子优化条件：氢原子中，电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系：
π2h
n
rmv =，n=1、2……
其中m 为电子质量，h 为普朗克常量，这一条件表明，电子绕核的轨道半径是不连续的，或者说轨道是量子化的，每一可取的轨道对应一个能级。
定态假设意味着原子是稳定的系统，跃迁假设解释了原子光谱的离散性，最后由氢原子中电子轨道量子化条件，可导出氢原子能级和氢原子的光谱结构。
氢原子的轨道能量即原子能量，为r e k
mv E 2
221-= 因圆运动而有
2
2
2r e k r v m =
由此可得
r e k
E 22
-= 根据轨道量子化条件可得：
mr h
n
v π2=，n=1，2……
因2
2mv e k r =，便有
222
2224h n r m m ke r π?= 得量子化轨道半径为：
222
24kme h n r n π=
，n=1，2……
式中已将r 改记为r n 对应的量子化能量可表述为：
224
222h n e mk E n π-
=，n=1，2……
n=1对应基态，基态轨道半径为
222
14k me h r π=
计算可得：m r 11
11029.5-?==0.529
A
r 1也称为氢原子的玻尔半径
基态能量为24
2212h e mk E π-
=
计算可得： E 1=6.13-eV 。 对激发态，有：
21
12,n E E r n r n n =
=，n=1，2…
n 越大，r n 越大，E n 也越大，电子离核无穷远时，对应0=∞E ，因此氢原子的电离能为：
eV E E E E 6.1311=-=-=∞电离
电子从高能态E n 跃迁到低能态E m 辐射光子的能量为：
m n E E hv -=
光子频率为
)1
1(221m n h E h E E v m n -=-=
，m n >
因此氢原子光谱中离散的谱线波长可表述为：
1
111)1
(22--?==
m n E hc r c λ，m n >
试求氢原子中的电子从第n 轨道迁跃到n-1第轨道时辐射的光波频率，进而证明当n 很大时这一频率近似等于电子在第n 轨道上的转动频率。
辐射的光波频率即为辐射的光子频率γ，应有
)
(11--=n n E E h
ν
将
224
222h n e mk E n π-
= 代入可得
22342222
3
422)1(1221)
1(12--?=??????--?=
n n n h me k n n h me k ππν 当n 很大时，这一频率近似为334
224h n me k πν=
电子在第n 轨道上的转动频率为：
222n n
n n n n r m r mv r U f ??=
=
ππ
将
π2h
n r mv n n ?
=
代入得νπ==3
34
224h n me k f n
因此，n 很大时电子从n 第轨道跃迁到第n-1轨道所辐射的光波频率，近似等于电子在第n 轨道上的转动频率，这与经典理论所得结要一致，据此，玻尔认为，经典
辐射是量子辐射在∞→n 时的极限情形。
1、1．3、氢原子光谱规律
1、巴耳末公式
研究原子的结构及其规律的一条重要途径就是对光谱的研究。19世纪末，许多科学家对原子光谱已经做了大量的实验工作。第一个发现氢原子线光谱可组成线系的是瑞士的中学教师巴耳末，他于1885年发现氢原子的线光谱在可见光部分的谱线，可归纳为如下的经验公式
?
??
??-=2212
1
1
n R λ，n=3，4，5，…
式中的
λ为波长，R 是一个常数，叫做里德伯恒量，实验测得R 的值为
1.096776?10
7
1
-m 。上面的公式叫做巴耳末公式。当n=3，4，5，6时，用该式计算
出来的四条光谱线的波长跟从实验测得的αH 、βH 、γH 、δH 四条谱线的波长符合
得很好。氢光谱的这一系列谱线叫做巴耳末系。
2、里德伯公式
1896年，瑞典的里德伯把氢原子光谱的所有谱线的波长用一个普遍的经验公式表示出来，即
???? ??-=2221111
n n R λn=1，2，3…112+=n n ，21+n ，31+n … 上式称为里德伯公式。对每一个1n ，上是可构成一个谱线系：
11=n ，22=n ，3，4…莱曼系（紫外区） 21=n ，32=n ，4，5…巴耳末系（可见光区） 31=n ，42=n ，5，6…帕邢系（红外区） 41=n ，52=n ，6，7…布拉开系（远红外区）
51=n ，62=n ，7，8…普丰德系（远红外区）
以上是氢原子光谱的规律，通过进一步的研究，里德伯等人又证明在其他元素的原子光谱中，光谱线也具有如氢原子光谱相类似的规律性。这种规律性为原子结构理论的建立提供了条件。
1、1．4、玻尔理论的局限性：
玻尔原子理论满意地解释了氢原子和类氢原子的光谱；从理论上算出了里德伯恒量；但是也有一些缺陷。对于解释具有两个以上电子的比较复杂的原子光谱时却遇到了困难，理论推导出来的结论与实验事实出入很大。此外，对谱线的强度、宽度也无能为力；也不能说明原子是如何组成分子、构成液体个固体的。玻尔理论还存在逻辑上的缺点，他把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又给予它们量子化的观念，失败之处在于偶保留了过多的经典物理理论。到本世纪20年代，薛定谔等物理学家在量子观念的基础上建立了量子力学。彻底摒弃了轨道概念，而代之以几率和电子云概念。
例题1：设质子的半径为m 15
10
-，求质子的密度。如果在宇宙间有一个恒定的密
度等于质子的密度。如不从相对论考虑，假定它表面的“第一宇宙速度”达到光速，试计算它的半径是多少。它表面上的“重力加速度”等于多少？（1mol 气体的分子
数是23106?个；光速s m /1038
?=）；万有引力常数G 取为2211
/10
6kg Nm -?。只取
一位数做近似计算。
解:2H 的摩尔质量为2g/mol ，2H 分子的质量为kg g 26231062
1062?=? ∴质子的质量近似为kg 26
1062
?
质子的密度ρ=()315261034/10625-?π=()
3
194516/102411010641m kg ?=???-
设该星体表面的第一宇宙速度为v ，由万引力定律，得
22r mM G r mv =，r GM v =2
而ρ
π334
r M =
∴ρ
ρπ23434
Gr r r G v == γ
2=v Gp
()
m G v r 419118
1031024
1
10621032?=??
??=
=
-ρ
由于“重力速度”ρ
ρπyG y y G y GM g 4/34
/232≈==
∴
()
21219114/10310241
1061034s m g ?=??
????=-
【注】万有引力恒量一般取=G 6.67211
/10
kg m N ??-
例题2：与氢原子相似，可以假设氦的一价正离子（He +
）与锂的二价正离子（L +
+）
核外的那一个电子也是绕核作圆周运动。试估算 （1）He +
、L
+
+的第一轨道半径；
（2）电离能量、第一激发能量；
（3）赖曼系第一条谱线波长分别与氢原子的上述物理量之比值。
解：在估算时，不考虑原子核的运动所产生的影响，原子核可视为不动，其带电量用+Ze 表示，可列出下面的方程组：
202
24n n n y Ze r mv πε=，①
n n n r Ze mv E 022
421πε-
=，②
π2h
n r mv n n ?
=，n=1，2，3，…③
12En En hv -=，④
由此解得n r ，n E ，并可得出λ1
的表达式：
Z n r
Z me n h r n
2
1
2
2
2
==πε，⑤
其中10
22
0110530-??==me h r πε米，为氢原子中电子的第度轨道半径，对于He +
，Z=2，
对于Li
+
+，Z=3．
2
2
12
222028n Z E n
Z h me E n =-=ε，⑥ 其中
-
=-
=2
2
0418h
me E ε13.6电子伏特为氢原子的基态能．
???? ??-=???? ??-=2221222212
2204
111181
n n R Z n n Z c h me ελ．⑦ 11=n ，2，3，…
，112+=n n 21+n ，31+n ，…
R 是里德伯常数。
（1）由半径公式⑤，可得到类氢离子与氢原子的第一轨道半径之比：
2
1
==++H H H
He Z Z r r ，
3
1
==
+++
+Li H H
Li Z Z r r ．
（2）由能量公式⑥，可得到类氢离子与氢原子的电离能和第一激发能（即电子从第一轨道激发到第二轨道所需的能量）之比：
电离能：
4120022
1111
==--=
--++
H He H He Z E Z E E E ，
9130022
1111
==--=
--++++H
Li H
Li Z E Z E E E
第一激发能：
4433112112222
2
12212
2
1221121
2=--=--=
--++E E E E E E E E H
H He He ，
943427
112113232212212
21221121
2=--=--=--++++E E E E E E E E H
H Li
Li 。
（其中：2
E 表示电子处在第二轨道上的能量，1
E 表示电子处在第一轨道上的能量）
（3）由光谱公式⑦，氢原子赖曼系第一条谱线的波长有：
???
??-=2221111
R H λ
相应地，对类氢离子有：
?
?????-=+
2222111
21
R He
λ， ?
?????-=+
+222211
1
31
R Li
λ， 因此：41=+
H
He λλ，91
=+
+H li λλ。 例3：已知基态He +
的电离能为E=54.4Ev ，（1）为使处于基态的He +
进人激发态，
入射光子所需的最小能量应为多少？（2）He +
从上述最底激发态跃迁返回基态时，如考虑到该离子的反冲，则与不考虑反冲相比，它所发射的光子波长的百分变化有多大？（离子He +
的能级En 与n 的关系和氢原子能级公式类中，可采用合理的近似。）
分析:第（1）问应正确理解电离能概念。第（2）问中若考虑核的反冲，应用能量守恒和动量守恒，即可求出波长变化。
解:（1）电离能表示He +
的核外电子脱离氦核的束缚所需要的能量。而题问最小能量对应于核外电子由基态能级跃迁到第一激发态，所以
=
??? ??-?=2
2min 211
1
E E 54.4=???
??-?41140.8eV
（2）如果不考虑离子的反冲，由第一激发态迁回基态发阜的光子有关系式：
0min hv E =
现在考虑离子的反冲，光子的频率将不是0v 而是v ，221Mv
为反冲离子的动能，
则由能量守恒得
2m in 21
Mv hv E +
= 又由动量守恒得
c v h Mv ?
=
式中Mv 是反冲离子动量的大小，而c v
h ?
是发射光子的动量的大小，于是，波长
的相对变化
hv hv hv v v v o o -=-=-=?00λλλλολ
=222
222Mc hv Mc Mvc Mvc Mv =
=
由于()02
v v h hv Mc ->>>>
所以220200
22)(2Mc hv
Mc v v h Mc hv -==
?λλ
代入数据
()9
2
8
27
19
10
4.5
10
3
10
67
.1
4
2
10
60
.1
8.
40
-
-
-
?
=
?
?
?
?
?
?
?
=
?
o
λ
λ
即百分变化为0.00000054%
【整理】高中物理选修3-5原子物理高频考点必记清单
高中物理选修3-5原子物理高频考点必记清单 考点一：波粒二象性 一、物理学史： 1.普朗克能量子论观点：1900年德国物理学家普朗克提出，电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量νεh =。 2.爱因斯坦光子论：1905爱因斯坦提出，空间传播的光也是不连续的，而是一 份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频 成正比。即：νεh =. 3.赫兹最早发现了光电效应现象。 4. 德布罗意指出，实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗意波，也叫物质波。满足下列关系：P h h ==λεν，（P 为粒子动量） 二、物理现象 1.热辐射现象（了解）：任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电 磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热 辐射。 2.光电效应现象：在光（包括不可见光）的照射下，从金属中发射出电子的现象。发射出的电子称为光电子。 3.康普顿效应（了解）：1923年，美国物理学家康普顿在研究x 射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的 现象，即散射光中除了有原波长λ0的x 光外，还产生了波长λ>λ0 的x 光，其波长的增量随散射角的不同而变化。 这种现象称为康普顿效应(Compton Effect)。 三、物理规律
1.黑体辐射规律（了解）：黑体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领（在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射）。实验规律：（1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加； （2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。（右图） 2光电效应规律（重点）：①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生 光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。 ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。 ③饱和光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少）与入射光强度成正比。 ④光电子的发射一般不超过10－9秒（光电效应的瞬时性）。 3.爱因斯坦光电效应方程（重点）：0W h E k -=ν。E k 是光电子的最大初动能，当E k =0 时，νc 为极限频率，νc =h W 0. 四、光的波粒二象性 物质波 康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，光的干涉和衍射等现象说明光具有波动性。因此光具有波粒二象性。 大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强。实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗意波，也叫物质波。满则下列关系：P h h ==λεν，。从光子的概念上看，光波是一种概率波。 考点二：原子结构
原子物理学教学大纲
原子物理学理论课教学大纲 《原子物理学》课程教学大纲新06年8月课程编号：02300009 课程名称：原子物理学 英文名称： Atomic Physics 课程类型：专业基础课 总学时： 54 学分： 2.5 适用对象：物理、电子信息科学专业本科生 先修课程：高等数学、力学、电磁学、光学 1.课程简介 本课程着重从光谱学、电磁学、X射线等物理实验规律出发，以原子结构为中心，按照由现象到本质、由实验到理论的过程帮助学生建立起微观世界量子物理的基本概念，并利用这些基本概念说明原子、分子以及原子核和粒子的结构和运动规律，介绍在现代科学技术上的重大应用。是近代物理的入门课程，是物理专业的一门重要基础课。本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，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。 2.课程性质、目的和任务
本课程是物理专业学生必修课。是力学、电磁学和光学的后续课程、近代物理课的入门课程。是量子力学、固体物理学、原子核物理学、激光、近代物理实验等课程的基础课。目的是引导学生从实验入手，用量子化和微观思维方式，分析微观高速运动物体的规律。主要任务是：通过本课程的教学，让学生对原子及原子核的结构、性质、相互作用及运动规律有概括而系统的认识。通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，使学生建立丰富的微观世界的物理图像和物理概念，培养学生用微观思维方式分析问题和解决问题的能力。 3.教学基本要求 (1)了解原子物理学、原子核物理学发展的历程，培养科学研究的素质，加深对辩证唯物主义的理解。 (2)了解原子和原子核所研究的内容和前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。 (3)掌握原子、原子核物理学的基本原理、基本概念和基本规律；掌握处理原子、原子核物理学现象及问题的手段和途径。培养学生掌握科学研究的基本方法。 (4)使学生了解无限分割的物质世界中的依次深入的不同结构层次，理解原子核的结构和基本性质、基本运动规律； (5)结合一些物理学史介绍，使学生了解物理学家对物理结构的实验——理论——再实验——再理论的认识过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，并为以后继续学习量子力学和有关课程打下基础。 4.教学内容及要求
历年北京高中物理合格性考试汇编：原子物理学与相对论(教师版)
历年北京高中物理合格性考试汇编：原子物理学与相对论 一．选择题（共7小题） 1．（2020?北京学业考试）下列说法正确的是（） A．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律 B．原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量 C．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量增加 D．在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固 2．（2020?北京学业考试）目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（） A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的 B．β射线是原子核外电子电离形成的质子流它具有很强的穿透能力 C．已知氡的半衰期为3.8天，若取1g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则3.8天后，需取走0.5g砝码天平才能再次平衡 D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4 3．（2020?北京学业考试）下列说法正确的是（） A．U→Th+He是重核裂变的反应方程式 B．原子核所含核子单独存在时的总质量等于该原子核的质量 C．β衰变所释放的电子是原子核内的自由电子 D．铯原子核Cs的结合能小于铅原子核Pb的结合能 4．（2016?北京学业考试）2016年2月11日，美国的研究人员宣布探测到引力波．引力波是爱因斯坦广义相对论中的一个重要预言．爱因斯坦认为，任何物体加速运动都会给时空带来扰动，这种扰动向外传播形成引力波．引力波的探测难度很大，因为只有质量非常大的天体加速运动时，才会产生较容易探测的引力波．由于引力波与宇宙中物质的相互作用非常微弱，所以引力波在宇宙中几乎无衰减地传播．根据以上信息，下列说法正确的是（）
高中原子物理教程
一原子物理 自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。 §1.1 原子 1．1．1、原子的核式结构 1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的。1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。 1911年，卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说，这个学说的内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。 1、1． 2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性 通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。由此可得两点结论： ①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统；
②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。 为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。 2、玻尔理论的内容： 一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。 二、原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即 γh =E 2-E 1 三、氢原子中电子轨道量子优化条件：氢原子中，电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系： π2h n rmv =，n=1、2…… 其中m 为电子质量，h 为普朗克常量，这一条件表明，电子绕核的轨道半径是不连续的，或者说轨道是量子化的，每一可取的轨道对应一个能级。 定态假设意味着原子是稳定的系统，跃迁假设解释了原子光谱的离散性，最后由氢原子中电子轨道量子化条件，可导出氢原子能级和氢原子的光谱结构。 氢原子的轨道能量即原子能量，为r e k mv E 2 221-= 因圆运动而有 2 2 2r e k r v m =
原子物理学试题汇编
临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题（A卷） 一、论述题25分，每小题5分） 1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。 1．原理：加速电子与处于基态的汞原子发生碰撞非弹性碰撞，使汞原子吸收电子转移的的能量跃迁到第一激发态。处第一激发态的汞原子返回基态时，发射2500埃的紫外光。（3分） 结论：证明汞原子能量是量子化的，即证明玻尔理论是正确的。（2分） 2．泡利不相容原理。 2．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量子态。（5分） 3．X射线标识谱是如何产生的 3．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分） 4．什么是原子核的放射性衰变举例说明之。 4．原子核自发地的发射 射线的现象称放射性衰变，（4分）例子（略）（1分） 5．为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量 5．因为中等质量数的原子核的核子的平均结合能约为大于轻核或重核的核子的平均结合能，故轻核聚变及重核裂变时能放出巨大能
量。（5分） 二、（20分）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。 二、（20分）（1）钠原子基态的电子组态1s22s22p63s；原子基态为2S1/2。（5分） （2）价电子被激发到4s态向基态跃迁时可发出4条谱线。（6分）（3）依据跃迁选择定则1 0, j 1,± = ? ± ?＝ l（3分）能级跃迁图为（6分） 三、（15 耦合时，（1）写出所有 可能的光谱项符号；（2）若置于磁场中，这一电子组态一共分裂出多少个能级（3）这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁 三、（15分）（1）可能的原子态为 1P 1，1D 2， 1F 3； 3P 2，1，0， 3D 3，2，1， 3F 4，3，2。 （7分） （2）一共条60条能级。（5分） （3）同一电子组态形成的原子态之间没有电偶极辐射跃迁。（3分）
原子物理学 历年高考题
高中物理学习材料 （灿若寒星**整理制作） 原子物理学 历年高考题 （99年）2．天然放射现象的发现揭示了（ C ） （A ）原子不可再分，（B ）原子的核式结构， （C ）原子核还可再分，（D ）原子核由质子和中子组成。 （00年）关于α、β、γ 三种射线，下列说法中正确的是 （ C ） （A ）α 射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强， （B ）β 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力， （C ）γ 射线一般伴随着α 或β 射线产生，它的穿透能力最强， （D ）γ 射线是电磁波，它的穿透能力最弱。 （01年）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 （ A 、C 、D ） （A ）原子的中心有个核，叫做原子核， （B ）原子的正电荷均匀分布在整个原子中， （C ）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里， （D ）带负电的电子在核外绕着核旋转。 （02年） 图中P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作 用下分成a 、b 、c 三束，以下判断正确的是（ BC ） （A ）a 为α射线、b 为β射线， （B ）a 为β射线、b 为γ射线， （C ）b 为β射线、c 为γ射线， （D ）b 为α射线、c 为γ射线。 （03 年）在核反应方程42 He ＋14 7 N →17 8 O ＋（X ）的括弧中，X 所代表的粒子是（ A ） （A ）11 H ， （B ）2 1 H ， （C ） 0－1 e ， （D ）1 n 。 （03 年）卢瑟福通过＿＿＿α粒子散射＿＿＿＿＿＿＿＿实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型，右面平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。 （０４年）下列说法中正确的是C 、D （A ）玛丽·居里首先提出原子的核式结构学说. （B ）卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子. （C ）查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子. （D ）爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说. （０４年）利用扫描隧道显微镜（STM ）可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成 规律. 下面的照片是一些晶体材料表面的STM 图象，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由 原子在空间排列而 ＋原子核 ＋ b － c a P
高中物理光、原子物理公式
光学、原子物理 三、光学 （一）几何光学 1、概念：光源、光线、光束、光速、实像、虚像、本影、半影。 2、规律：（1）光的直线传播规律：光在同一均匀介质中是沿直线传播的。 （2）光的独立传播规律：光在传播时，虽屡屡相交，但互不干扰，保持各自的规 律传播。 （3）光在两种介质交界面上的传播规律 ①光的反射定律：反射光线、入射光线和法线共面；反射光线和入射光线分居法线两 侧；反射角等于入射角。 ②光的析射定律： a 、折射光线、入射光线和法线共面；入射光线和折射光线分别位于法线的两侧； 入射角的正弦跟折射角的正弦之比是常数。即常数 =r i sin sin b 、r i n sin sin = 介质的折射率n ：光由真空（或空气）射入某中介质时，有，只 决定于介质的性质，叫介质的折射率。 c 、v c n = ： 设光在介质中的速度为 v ，则可见，任何介质的折射率大于1。 d 、两种介质比较，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。 ③全反射：a 、光由光密介质射向光疏介质的交界面时，入射光线全部反射回光密介质中 的现象。 b 、发生全反射的条件：?光从光密介质射向光疏介质；?入射角等于临界角。
n C 1sin = 临界角C ④光路可逆原理：光线逆着反射光线或折射光线方向入射，将沿着原来的入射光线方向 反射或折射。 r i n sin sin ==v c =C sin 1=介 真λλ1≥ 折射率 5、常见的光学器件：（1）平面镜 （2）棱镜 （3）平行透明板 （二）光的本性 人类对光的本性的认识发展过程 （1）微粒说（牛顿） （2）波动说（惠更斯） ①λd L x =? : 光的干涉双缝干涉条纹宽度 (波长越长，条纹间隔越大) 应用：薄膜干涉——由薄膜前后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平 行相间干涉条纹，检查平面，测量厚度，光学镜头上的镀膜。 ②光的衍射——单缝（或圆孔）衍射。 泊松亮斑 (波长越长，衍射越明显) （1） 电磁说（麦克斯韦）
原子物理学课程教学大纲
原子物理学课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：原子物理学 所属专业：物理学专业 课程性质：基础课 学分：4 （二）课程简介、目标与任务； 原子物理学是物理类专业本科生的专业必修课，以物质结构的第一个微观层次（原子）为研究对象，是联接经典物理和近代物理的一门承上启下的课程。在理论方法上，该课程揭露经典理论在原子这一微观层次遭遇到的困难，并且为了解决这些困难而引入量子力学，学生将在本课程中较为系统地学习到量子力学的基本概念、基本原理、基本思想和方法。在应用实践上，通过本课程的学习，学生将系统性地了解和掌握原子物理学的发展历史，获得有关原子的电子结构、性质及其与外场相互作用的系统性知识，为以后从事相关的科学研究、生产应用和教学工作打下良好的基础。 （三）先修课程要求，与先修课之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程：《高等数学》、《数学物理方法》、《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》 关系：《高等数学》和《数学物理方法》是学习原子物理学的数学基础。《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》和《光学》包含了学生在学习原子物理学之前需要掌握的必要的经典物理知识。有了这些准备知识才能理解为何不能用经典理论来研究原子体系，从而必须引入量子力学。 （四）教材与主要参考书； 选用教材：杨福家, 《原子物理学》第四版, 高等教育出版社, 2010 主要参考书：
1, C. J. Foot，《Atomic Physics》， Oxford University Press， 2005 2, H. Friedrich，《Theoretical Atomic Physics》， Springer， 2006 3, 褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社， 1987 4, 曾谨言，《量子力学》，科学出版社， 2000 5, 卢希庭，《原子核物理》，原子能出版社， 1981 二、课程内容与安排 绪论原子物理学的发展历史（2学时）【了解】 第一章原子的组成和结构（5学时） 第一节原子的质量和大小【掌握】 第二节电子的发现【了解】 第三节原子结构模型【了解】 第四节原子的核式结构，卢瑟福散理论【重点掌握】【难点】 第五节卢瑟福理论的成功和不足【掌握】 第二章原子的量子态，玻尔理论（8学时） 第一节背景知识：黑体辐射、光电效应和氢原子光谱【掌握】 第二节玻尔的氢原子理论【重点掌握】【难点】 第三节玻尔理论的实验验证【掌握】 第四节玻尔理论的推广：椭圆轨道理论和碱金属原子光谱【重点掌握】 第五节玻尔理论的成功与缺陷【掌握】 第三章量子力学导论（18学时）【重点掌握】【难点】 第一节波粒二象性 第二节不确定关系 第三节波函数及其统计解释 第四节态叠加原理 第五节薛定谔方程 第六节薛定谔方程应用举例 第七节平均值和算符 第八节量子力学总结 第九节氢原子／类氢离子的量子力学解法 第十节爱因斯坦关于辐射和吸收的唯象理论 第十一节量子跃迁理论，含时微扰论
原子物理学期末自测题
1、原子半径的数量级是： A．10－10cm; B.10-8m C.10-10m D.10-13m 2、原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中： A.绝大多数α粒子散射角接近180° B. α粒子只偏差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 3、进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符这说明： A.原子不一定存在核式结构 B.散射物太厚 C.卢瑟福理论是错误的 D.小角散射时一次散射理论不成立 4、用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰，测量金原子核半径的上限.试问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍？ A.1/4 B.1/2 C.1 D.2 5、动能E =40keV的α粒子对心接近Pb(z=82)核而产生散射,则最小距离 K 为（m）： A.5.9 B.3.0 C.5.9╳10-12 D.5.9╳10-14 6、如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？ A.2 B.1/2 C.1 D .4 7,每10000 现有4个粒子被散射到角度大于5°的围.若金箔的厚度增加到4倍,那么被散 A. 16 B.8 C.4 D.2 8、90°和60°角方向上单位立体角的粒子数之比为： A． 9,, 分布,在散射物不变条件下则必须使： A B C D 10、氢原子光谱莱曼系和巴耳末系的系线限波长分别为： A.R/4 和R/9 B.R 和R/4 C.4/R 和9/R D.1/R 和4/R
11、氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是： A．13.6V和10.2V;B.–13.6V和-10.2V;C.13.6V和3.4V;D.–13.6V和-3.4V 12 A.5.29×10-10m B.0.529×10-10m C. 5.29×10-12m D.529×10-12m 电子的动能为1eV，其相应的德布罗意波长为1.22nm。 13、欲使处于激发态的氢原子发出H 线，则至少需提供多少能量（eV）? α A.13.6 B.12.09 C.10.2 D.3.4 14、用能量为12.7eV的电子去激发基态氢原子时,受激氢原子向低能级跃迁时最多可能出现几条光谱线（不考虑自旋）； A.3 B.10 C.1 D.4 15、按照玻尔理论基态氢原子中电子绕核运动的线速度约为光速的： A.1/10倍 B.1/100倍 C .1/137倍 D.1/237倍 16、已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子的结构的“正电子素”那么该“正电子素”由第一激发态跃迁时发射光谱线的波长应为： A． 17 A.-3.4eV B.+3.4eV C.+6.8eV D.-6.8eV +的第一轨道半径是： 18、根据玻尔理论可知，氦离子H e A． +处于第一激发态（n=2）时电子的轨道半径为： 19、一次电离的氦离子H e -10m-10-10-10m +离子中基态电子的电离能能是： 20、在H e A.27.2eV B.54.4eV C.19.77eV D.24.17eV 21、弗兰克—赫兹实验的结果表明： A电子自旋的存在B原子能量量子化C原子具有磁性D原子角动量量子化 22、为使电子的德布罗意假设波长为100nm，应加多大的加速电压： A．6V； B.24.4V；5V； D.15.1V 23、如果一个原子处于某能态的时间为10-7S,原子这个能态能量的最小不确定数量级为（以焦耳为单位）：
高中物理考点归纳.doc
高中物理考点归纳 一、考试目标与要求 高考物理在考查知识的同时注重考查能力，并把对能力的考查放在首要位置。通过考核知识及其运用来鉴别考生能力的高低，但不把某些知识与某种能力简单地对应起来。 目前，高考物理科要考核的能力主要包括以下几个方面： 1．理解能力理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理 规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用；能够清楚认识概念和规律的表达形式（包括文字表述和数学表述）；能够鉴别关于概念 和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系。 2．推理能力能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理 问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。 3．分析综合能力能够独立地对所遇的问题进行具体分析、研究，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情境，找出其中起重要作用的因素及有关条件；能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系；能够提出解决问题的方法，运用物理知识综合解决所遇到的问题。 4．应用数学处理物理问题的能力能够根据具体问题列出物理 量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论；必要 时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析。
5．实验能力能独立的完成附表 2、附表 3 中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结 论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制定解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。 二、考试范围与要求 要考查的物理知识包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、原子核物理学等部分。考虑到课程标准中物理知识的安排和高校录取新生的基本要求，《考试大纲》把考试内容分为必考内容和选考内容两类，必考、选考内容各有 4 个模块，具体模块及内容见附表 1。除必考内容外，考生还必须从 4 个选考模块中选择 2 个模块作为自己的考试内容，但不得同时选择模块 2-2 和 3-3。必考和选考的知识内容见附表 2 和附表 3。考虑到大学理工类招生的基本要求，各实验省区不得削减每个模块内的具体考试内容。 对各部分知识内容要求掌握的程度，在附表 2、附表 3 中用数字Ⅰ、Ⅱ标出。Ⅰ、Ⅱ的含义如下： Ⅰ．对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和 直接使用，与课程标准中 "了解 "和"认识 "相当。 Ⅱ．对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进 行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用，与课程标准中 "理解 "和"应用 "相当。
原子物理学
《原子物理学》课程 一．课程简介 课程号: 06120850 课程名称: 原子物理学 英文名称：Atomic Physics 周学时: 3 学分: 3 预修课程: 微积分, 大学物理(力学, 热力学, 光学, 电磁学) 课程性质：专业课 授课对象：物理专业大学生 内容简介：（中英文） 《原子物理学》是物理学本科专业的一门重要基础课。内容包括原子模型、电子自旋和原子磁矩、元素周期律、X射线、核模型、核衰变、核反应、核裂变与聚变等内容。通过学习，不仅可掌握原子和原子核物理方面的基础知识，还可了解量子力学的基本概念和实验背景，为以后近代物理学的学习打下扎实基础。 This course is a degree program for undergraduate students in the department of physics, Zhejiang University. The contents of the course include the models of atoms, spin of electrons and magnetic moment of atoms, periodic law of the elements, X-ray, models of the nuclei, decay of the nuclei, nuclear reactions, nuclear fission and fusion etc. After study the course, students will understand the basic knowledge of atomic and nuclear physics, the basic ideas and experimental background of quantum physics, which are very important for further studying modern physics. 二．教材和参考书 1.教材:《原子物理学》, 杨福家著, 高等教育出版社, 第四版，2010年12月1日 2. 参考书: （1）《原子物理学》,苟清泉主编, 高等教育出版社, 1983年版 （2）《原子物理学》,卢希庭主编, 原子能出版社, 1982年版 （3）《原子物理学》，褚圣麟主编，人民教育出版社，1979年6月版 （4）《Physics of Atoms and Molecules》, B. H. Bransden and C. J. Joachain, 1983
原子物理学期末试卷d
原子物理学D 卷 试题第1页（共3页） 原子物理学D 卷 试题第2页（共3页） 皖西学院 学年度第 学期期末考试试卷（D 卷） 系 专业 本科 级 原子物理学课程 一．填空题：本大题共9小题；每小题3分，共27分。 1． 在认识原子结构，建立原子的核式模型的进程中， 实验起了 重大作用。 2． 夫兰克-赫兹实验中用 碰撞原子，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 。 3． 线状光谱是 所发的，带状光谱是 所发的。 4． 碱金属原子光谱的精细结构是由于电子的 和 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。 5．α 衰变的一般方程式为：α →X A Z 。放射性核素能发生α衰变的 必要条件为 。 6．原子中量子数l m l n ,,相同的最大电子数是 ；l n ,相同的最大电子数是 ； n 相同的最大电子数是 。 7．X 射线管发射的谱线由 和 两部分构成，它们产生的机制分别是： 和 。 8．二次电离的锂离子+ +Li 的第一玻尔半径，电离电势，第一激发电势和赖曼系第一条 谱线波长分别为： ， ， 和 。 9．泡利为解释β衰变中β粒子的 谱而提出了 假说，能谱的最大值对应于 的动量为零。 二．单项选择题：本大题共6小题；每小题3分，共18分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是正确的，请把正确选项的字母填在题后的括号内。 1． 两个电子的轨道角动量量子数分别为：31=l ，22=l ，则其总轨道角动量量子数可 取数值为下列哪一个？ （A ）0，1，2，3 （B ）0，1，2，3，4，5 （C ）1，2，3，4，5 （D ）2，3，4，5 （ ） 2． 静止的Rb 22688发生α衰变后，α粒子和子核动量大小之比为多少？ （A ）111：2 （B ）3：111 （C ）2：111 （D ）1：1 （ ） 3． 在原子物理和量子力学中，描述电子运动状态的量子数是：),,,(s l m m l n ，由此判 定下列状态中哪个状态是存在的？ （A ）（1，0，0，-1/2） （B ）（3，1，2，1/2） （C ）（1，1，0，1/2） （D ）（3，4，1，-1/2） （ ） 4． 在核反应O n n O 15 8168)2,(中，反应能MeV Q 66.15-=，为使反应得以进行，入射粒 子的动能至少为多少？ （A ）15.99MeV （B ）16.64MeV （C ）18.88MeV （D ）克服库仑势，进入靶核 （ ） 5． 钾原子的第十九个电子不是填在3d 壳层，而是填在4s 壳层，下面哪项是其原因？ （A ） 为了不违反泡利不相容原理； （B ） 为了使原子处于最低能量状态； （C ） 因为两状态光谱项之间满足关系 );3()4(d T s T < （D ） 定性地说，3d 状态有轨道贯穿和极化效应，而4s 状态没有轨道贯穿和极化 效应。 （ ） 6． 基态原子态为23 D 的中性原子束，按史特恩-盖拉赫方法，通过不均匀横向磁场后分 裂成多少束？ （A ）2； （B ）3； （C ）5； （D ）7。 （ ）
高中物理原子物理试题
高中物理原子物理试题 1、下列四幅图涉及到不同得物理知识,其中说法不正确得就是 A.图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子得概念,成为量子力学得奠基人之一 B.图乙:玻尔理论指出氢原子能级就是分立得,所以原子发射光子得频率就是不连续得 C.图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子得核式结构模型 D.图丁:根据电子束通过铝箔后得衍射图样,可以说明电子具有粒子性 2、下列说法正确得就是 A.黑体辐射电磁波得情况不仅与温度有关,还与材料得种类及表面状况有关 B.在α、β、γ这三种射线中,γ射线得穿透能力最强,α射线得电离能力最强 C.得半衰期约为7亿年,随地球环境得变化,半衰期可能变短 D.原子核内部某个质子转变为中子时,放出β射线 3、仔细观察氢原子得光谱,发现它只有几条不连续得亮线,其原因就是 A、氢原子只有几个能级 B、氢原子只能发出平行光 C、氢原子有时发光,有时不发光 D、氢原子辐射得光子得能量就是不连续得,所以对应得光得频率也就是不连续得 4、下列叙述中不正确得就是 A、麦克斯韦提出了光得电磁说 B、玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象 C.在光得干涉现象中,干涉亮条纹部分就是光子到达几率大得地方 D.宏观物体得物质波波长非常小,不易观察到它得波动性 5、下列叙述中符合物理学史得有 A.汤姆孙通过研究阴极射线实验,发现了电子与质子得存在 B.卢瑟福通过对粒子散射实验现象得分析,证实了原子就是可以再分得 C.巴尔末根据氢原子光谱分析,总结出了氢原子光谱可见光区波长公式 D.玻尔提出得原子模型,彻底否定了卢瑟福得原子核式结构学说 6、实验观察到,静止在匀强磁场中A点得原子核发生β衰变,衰变产生得新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向与轨迹示意如图.则 A.轨迹1就是电子得,磁场方向垂直纸面向外 B.轨迹2就是电子得,磁场方向垂直纸面向外 C.轨迹1就是新核得,磁场方向垂直纸面向里 D.轨迹2就是新核得,磁场方向垂直纸面向里 7、下列说法正确得就是 A.太阳辐射得能量主要来自太阳内部得核裂变反应 B.汤姆生发现电子,表明原子具有核式结构 C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,就是因为该束光得波长太短 D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小得轨道跃迁到半径较大得轨道时,电子得动能减小,原子总能量增大 8、下列说法正确得就是 A.增大压强不能改变原子核衰变得半衰期 B.某原子核经过一次a衰变后,核内质子数减少4个 C.β射线就是原子得核外电子电离后形成得电子流 D.a射线得贯穿作用很强,可用来进行金属探伤 9、下列说法正确得就是 A.汤姆孙发现电子,提出原子得核式结构模型 B.金属得逸出功随入射光得频率增大而增大 C.核力存在于原子核内所有核子之间 D.核电站就是利用重核裂变反应所释放得核能转化为电能 10、用X粒子轰击铝27(Al),产生钠24(Na)与α粒子.钠24具有放射性,可以进行人体血液循环得示踪实验, 达到医学诊断得目得,它衰变后变成镁24(Mg).则下列正确得就是 A. X粒子就是质子 B. 钠24发生得就是α衰变 C. X粒子就是中子 D. 钠24发生得衰变对人没有一点害处 11、A、B两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场,磁场方向如图所示,其中 一个放出α粒子,另一个放出β粒子,α与β粒子得运动方向跟磁场方向垂直,图 中a、B、c、d分别表示α粒子,β粒子以及两个剩余核得运动轨迹 A.a为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹 B.B为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹 C.B为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹 D.a为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹
基于应用型课程原子物理学的教学改革与实践思考 精选文档
基于应用型课程原子物理学的教学改革与实践思 考 1.引言 原子物理学是物理学专业的一门应用型很强的基础课，它是物理学发展史上承上启下的一门学科，成为经典物理和量子力学知识的桥梁和纽带，原子物理在物理学发展中起到非常重要的作用[1-3]，从宏观到微观尺度的过渡，原子物理学所涉及的知识、理论和实验，是学习理论物理和从事材料科学、化学、生命科学、能源科学、量子物理、信息科学、光学、激光技术、环境科学以及空间科学研究的基础[4-6]。在内容体系上，原子物理学在普通物理知识的基础上，给出了原子尺度范围的粒子的量子特性及粒子运动和变化的基本规律，研究和讨论物质结构在原子、电子、原子核及基本粒子等层次的性质、结构、特点和运动规律[6-8]，很多基本理论及实验仍然是材料科学、化学、生命科学等一些高技术应用领域的基础。所以，针对社会的实际需求，相应的在课堂教学与实验中，需要对课程内容、教学手段、教学方法、实验技能等方面进行改革和创新，以适应当代大学生综合素质的培养和社会发展的实际需要。 自我院成立至今，原子物理学这门课程一直是物理学专业学生的必修课。为了进一步改善原子物理学课程的教学效果，2000 年先后分几次组织物理系的老师重新编写了课堂教学纲要和实
验教学大纲，并设置了如原子核物理、物理学史、近物实验研究．等选修课，以辅助对原子物理课程的教学改革。在2010-2015年，学校和学院对人才培养方案和课程设置进行了四次修订，这也加大了我院课程教学改革的力度，原子物理学的教学及实验改革也多次在教研室活动中开展讨论。结合学校的质量工程项目和人才培养方案，原子物理学的课程改革势在必行。 2.现存主要问题 随着高新科技的发展和前沿相关知识的应用，许多旧理论和知识没有得到更新，相应的实验设备、实验技术也停留在很多年前，部分课程的内容显得很无新意。目前学院一直使用的原子物理学教材是?圣麟先生编写，由于编写时间较早，在与时俱进、科技同步发展的内容上缺少对前沿领域新知识、新技术、新实验、新功能、新应用的介绍和更新[9-10]，导致原子物理的教学内容与现代物理、现代科技的迅猛发展实际相脱离，这就要求我们对原子物理的教学纲要及教学内容进行重新审定，同时改善现有的教学方法和教学手段。如何把原子物理里的量子理论及实验和现代高科技技术应用恰当的结合，让学生容易接受，便于吸收消化，并能用于创新实验和实践，成了原子物理学课程教学改革的一个急需解决的问题。 3.课程教学改革与实践的具体实施 本着加强基础知识，结合前沿领域，促进实验与实践创新，提出关于原子物理课程教学改革与实践的一些办法。
原子物理知识点汇总
高考考点：原子物理考点分析 一、 历史人物及相关成就 1、 汤姆生：发现电子，并提出原子枣糕模型 ——说明原子可再分 2、 卢瑟福：α粒子散射实验——说明原子的核式结构模型 发现质子 3、 查德威克：发现中子 4、 约里奥.居里夫妇：发现正电子 5、 贝克勒尔：发现天然放射现象——说明原子核可再分 6、 爱因斯坦：质能方程2 mc E =，2 mc E ?=? 7、 玻尔：提出玻尔原子模型，解释氢原子线状光谱 8、 密立根：油滴实验——测量出电子的电荷量 二、 核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 e H Th U 422349023892 +→ β衰变 自发 e Pa 012349123490Th -+→ 人工转变 人工控制 H o He N 1117842147+→+卢瑟福发现质子 n C He Be 101264294 +→+查德威克发现中子 n P He l 103015422713A +→+ 约里奥.居里夫妇 e Si P 0130143015 +→ 发现放射性同位素，同 时发现正电子 n Kr a n U 108936144561023592 3B ++→+ 重核裂变 比较容易进行人工控制 n Sr Xe n U 10903813654102359210++→+ 轻核聚变 除氢弹外无法控制 n He H H 10423121+→+ 提醒： 1、 核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用等号连 接。 2、 核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能凭空只依据两个守恒定律杜撰出生成物来写 出核反应方程 3、 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒 三、 三种射线比较 种类 )(4 2He 射线α )(0 1e -射线β 射线γ 速度 0.1c 0.99c C 在电磁场中 偏转 与a 射线反向偏转 不偏转 贯穿本领 最弱，用纸能挡住 较强，穿透几毫米的铝板 最强，穿透几厘米的 铅板 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱 在空气中的径迹 粗、短、直 细、较长、曲折 最长 通过胶片 感光 感光 感光 产生机制 核内两个中子和两个质子结合的比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核抛射出来 核内的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核内发射出来 放射性原子核在发生两种衰变后产生得新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射r 光子 提醒： 1、 半衰期：表示原子衰变一半所用时间 2、 半衰期由原子核内部本身的因素据顶，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态（如 单质、化合物）无关
原子物理学期末考试试卷(E)参考答案
《原子物理学》期末考试试卷（E）参考答案 (共100分) 一．填空题(每小题3分，共21分) 1．7.16?10-3 ----(3分) 2．（1s2s）3S1（前面的组态可以不写）（1分）； ?S=0（或?L=±1，或∑ i i l=奇?∑ i i l=偶）（1分）； 亚稳（1分）。 ----(3分) 3．4；1；0,1,2 ；4；1,0；2,1。 ----(3分) 4．0.013nm (2分) , 8.8?106m?s-1(3分)。 ----(3分) 5．密立根（2分）；电荷（1分）。 ----(3分) 6．氦核 2 4He；高速的电子；光子(波长很短的电磁波)。(各1分) ----(3分) 7．R aE =α32 ----(3分) 二．选择题(每小题3分, 共有27分) 1.D ----(3分) 2.C ----(3分) 3.D ----(3分) 4.C ----(3分) 5.A ----(3分) 6.D 提示： 钠原子589.0nm谱线在弱磁场下发生反常塞曼效应，其谱线不分裂为等间距的三条谱线，故这只可能是在强磁场中的帕邢—巴克效应。 ----(3分) 7.C ----(3分) 8.B ----(3分) 9.D ----(3分)
三．计算题(共5题, 共52分 ) 1．解： 氢原子处在基态时的朗德因子g =2,氢原子在不均匀磁场中受力为 z B z B z B Mg Z B f Z d d d d 221d d d d B B B μμμμ±=?±=-== (3分) 由 f =ma 得 a m B Z =±?μB d d 故原子束离开磁场时两束分量间的间隔为 s at m B Z d v =?=??? ? ? ?212 22 μB d d (2分) 式中的v 以氢原子在400K 时的最可几速率代之 m kT v 3= )m (56.010400 1038.131010927.03d d 3d d 232 232B 2 B =??????=?=??= --kT d z B kT md z B m s μμ (3分) 由于l =0, 所以氢原子的磁矩就是电子的自旋磁矩（核磁矩很小，在此可忽略）， 故基态氢原子在不均匀磁场中发生偏转正好说明电子自旋磁矩的存在。 (2分) ----(10分) 2．解：由瞄准距离公式：b = 22a ctg θ及a = 2 1204z z e E πε得： b = 20012*79 **30246e ctg MeV πε= 3.284*10-5nm. (5分) 22 22 ()()(cot )22 (60)cot 30 3:1(90)cot 45 a N Nnt Nnt b Nnt N N θ σθπθπ?=?==?==? (5分) 3．对于Al 原子基态是2P 1/2：L= 1，S = 1/2，J = 1/2 (1分) 它的轨道角动量大小： L = = (3分) 它的自旋角动量大小： S = = 2 (3分) 它的总角动量大小： J = = 2 (3分) 4．（1）铍原子基态的电子组态是2s2s ，按L －S 耦合可形成的原子态： 对于 2s2s 态，根据泡利原理，1l = 0，2l = 0，S = 0 则J = 0形成的原子态：10S ； (3分) （2）当电子组态为2s2p 时：1l = 0，2l = 1，S = 0，1 S = 0， 则J = 1，原子组态为：11P ； S = 1， 则J = 0，1，2，原子组态为：30P ，31P ，32P ； (3分) （3）当电子组态为2s3s 时，1l = 0，2l = 0，S = 0，1 则J = 0，1，原子组态为：10S ，31S 。 (3分) 从这些原子态向低能态跃迁时，可以产生5条光谱线。 (3分)