原子物理 试题

学年度第 学期期末考试试卷（C 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. 考虑精细结构，形成锂原子第二辅线系谱线的跃迁过程用原子态符号表示应为

——————————————————————————————————————————————。

2. .处于2S 1/2的基态钾原子，在0.40特斯拉的磁场中，若要诱导电子的自旋变换方向，则

需要外加振荡电磁场的频率为

Hz 。

3. 处于2/52

D 原子态的氢原子的轨道角动量的值是 ，轨道角动量z L 可取的值

是 。

4. 碱金属原子光谱公式中的有效量子数*

n 不是整数的主要原因是：

。

5. 核子的平均结合能A E E /?=是表示原子核 的一个物理量，E 越大，则

原子核越 。

6. 从X 射线标识谱不显示 的变化，同化学 无关和光子 很大来

看，可以知道，它是原子内层电子跃迁产生的。

7. 原子的d 3次壳层按泡利原理一共可以填 个电子。

8. 泡利不相容原理可以表示为 。据

此，n 壳层能容纳的最多电子数为 ，l 支壳层能容纳的最多电子数为 。

9.

Th 23290

经过 次α衰变， 次β衰变才变成Pb 20882；在上述一系列变化过程

中共损失了 个中子。 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．碱金属原子光谱的精细结构是由于下列哪个原因引起的？ （A ）原子实的极化 （B ）价电子的轨道贯穿效应

（C ）电子自旋-轨道相互作用 （D ）外磁场的影响 （ ）

2．已知：

Cu 6429，Ni 6428及Zn 6430的质量分别为：u 94934.64，u 94755.63，u 94873.63，

则Cu 64

29原子可发生怎样的放射性衰变（?)000548

.0u m e = （A ）α衰变；

（B ）只能发生-β衰变，不能发生+

β衰变；

（C ）只能发生+β衰变，不能发生-β衰变；

（D ）既有-β衰变，又有+

β衰变。 （ ）

3.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：

A. hc 2/eV ；

B. eV/2hc ；

C. hc/eV ；

D. 2hc/eV 。

4.由状态2p3p 3P 到2s2p 3P 的辐射跃迁：

A. 可产生9条谱线；

B. 可产生7条谱线；

C. 可产生6条谱线；

D. 不能发生。

5.下列粒子中不服从泡利不相容原理的是：

A. 质子；

B. 光子；

C. 中子；

D. 电子。

6.在外磁场中的原子，若外磁场B 可视为弱磁场，则：

A. μL 和μS 先耦合成μ再与B 耦合;

B. 由于B 弱使μL 与μS 不能耦合成μ;

C. 由于B 弱,所以磁场对原子的作用总可忽略;

D. μL 与μS 分别同B 耦合,而后形成总附加能。

三．计算题：本大题共6小题；共55分。答案请写在答题纸上。

1.原子中设轨道角动量量子数L =2, 问: (1) L x 2+L y 2的极小值是什么? (2) L x 2+L y 2的极大

值是什么? (3) 设M L =1,则L x 2+L y 2=? (4) 从这里能够确定L x 和L y 的值吗?

2．已知锂原子光谱主线系最长波长及锐线系的线系限波长分别为：

A 6707和

A 3519，求锂原子的第一激发电势和电离电势。)4.12(

A keV hc ?=

3．从下列各粒子的质量数据中选用需要的数值，算出Si 30

14中每核子的平均结合能：

e ：u 000548.0；H 21：u 014102.2； n 10：u 008665.1；Si 30

14：u 973786.29；

H 1

1

：u 007825.1。

4．一束α粒子垂直射至一重金属箔上，试求α粒子被金属箔散射后，散射角大于

60的α粒子数与散射角大于

90的粒子数之比。

5．已知氦原子的一个电子被激发到p 2轨道，而另一个电子还在s 1轨道，试作出能级图来说明可能出现哪些光谱线的跃迁。

6．锌原子光谱中的一条谱线

)(0313P S →在B 为T 00.1的磁场中发生塞曼分裂，试问：从垂直于磁场方向观察，原谱线分裂为几条？相邻两谱线的波数差等于多少？是否属于正常塞曼效应？并请画出相应的能级跃迁图。

学年度第 学期期末考试试卷（E 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． 原子核是由_________和_________组成的，原子核的线度在 数量级；原子

的线度在 数量级。

2． 玻尔原子理论的三条基本假设是 ， ， 。 3． 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 。

4． 某碱金属原子，其核外电子位于3d 轨道上，考虑自旋效应，则可能的原子态是： 和 。

5． 有一种原子基态时，其电子壳层是n=1,2壳层和3s 次壳层都填满，3p 次壳层填了一半，

该原子是 原子，它的电子数是 。

6． 原子中 分布的周期性决定了元素周期表中元素性质的周期性，各族元素的

化学性质都取决于 的分布。 7． -

β

衰变的一般方程式为：-

→βX A

Z 。放射性核素能发生-β衰

变的必要条件为 。

8． 核素H 3

1

，He 32，He 5

2，Li 53，C 146，N 147，N 157，O 148，O 168中， 和

， 和 ， 和 是同位素； 和 ， 和 ， 和 是同量异位素， 和 ， 和 ， 和 是镜核， 和 ， 和 是同中子素。

9． 一次电离的氦离子+

He 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 。

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.若原子处于1D 2和2S 1/2状态, 它们的朗德因子g 的值分别为：

A. 1和2/3 ;

B. 2和2/3 ;

C. 1和4/3 ;

D. 1和2 。

2.伦琴线光谱的K L M ,, 吸收限的能量数值分别对应各壳层电子的

A. 激发态；

B. 俄歇电子能量；

C. 电离能；

D. 电子跃迁形成各线系第一条线的能量。

3.由伦琴射线照射原子所导致的俄歇电子的能量

A. 与伦琴射线的能量有关，与被照射原子性质无关；

B. 与伦琴射线和被照射原子性质都有关；

C. 与伦琴射线和被照射原子性质都无关；

D. 与被照射原子性质有关，与伦琴射线能量无关。

4.镁原子（Z=12）处于基态时价电子的电子组态及基态原子态应是：

A. 2s2s 1S 0；

B. 2s2p 3P 0；

C. 3s3s 1S 0；

D. 3s3p 3P 0。

5.根据能级多重性的交替规律，铷原子（Z=37）的能级多重结构是：

A. 双重；

B. 一、三重；

C. 单重；

D. 二、四重。

6.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：

A. 正常塞曼效应；

B. 反常塞曼效应；

（A ） C. 顺磁共振； D. 帕邢—巴克效应。

三．计算题：本大题共6小题；共55分。答案请写在答题纸上。

1． 当氢原子跃迁到激发能为 10.19eV 的状态上时，发射出一个波长为

A 4840的光子，试

求初状态的结合能及跃迁前后的量子数)4.12(

A KeV hc ?=。

2． 试计算在B 为2.5T 的磁场中，钠原子的D 双线所引起的塞曼分裂（已知D 双线产生于

2/122/3233S P →和2/12

2/1233S P →）。

3． K 原子共振线波长为 A 7665，主线系系限波长为

A 2858。已知K 原子基态为4S ，试

求4S ，4P 谱项的量子数修正项P S ??,值各为多少？（R=10970000米-1）

4． H 1

1和n 1

0的静止质量分别为007852.1和008665.1质量单位，算出C 12

6中每核子的平均

结合能)/5.9311(2

c MeV u =。

5． 康普顿散射产生的散射光子，再与原子发生相互作用，当散射角

60>θ时，无论入射

光子能量多大，散射光子总不能再产生正负电子偶，试证明之。

6． 动能为1.0MeV 的窄质子束垂直地射在质量厚度为1.5mg/cm 2的金箔上，计数器记录以

60角散射的质子，计数器圆形输入孔的面积为1.5 cm 2，离金箔散射区的距离为10cm ，

输入孔对着且垂直于射到它上面的质子，试问：散射到计数器输入孔的质子数与入射到金箔的质子数之比为多少？（质量厚度定义为t m ρρ=，其中ρ为质量密度，t 为靶厚；已知金原子的原子序数为Z=79；原子量为A=197）。

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。

10． 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。

11． 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 。

12． 线状光谱是 所发的，带状光谱是 所发的。

13．

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 15816

8

)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。 （ ）

三．计算题：本大题共6小题；共55分。答案请写在答题纸上。

7． 试计算氢原子的3,2,1=n 三个能级的能量（用eV 为单位）。并按比例作出相应的能级

图。假设使氢原子激发到n=3的能态上，标出受激氢原子向较低能级跃迁时可能发出的谱线，并注明各是属于哪个线系的，且计算其中波长最短的一条谱线的波长。 8． Na 原子基态3S 。已知其共振线波长为

A 5893，漫线系第一条的波长为

A 8193，基线

系第一条的波长为 A 18459，主线系的系限波长为

A 2413，试求F D P S 4,3,3,3各谱项的项值。

9． 在史特恩-盖拉赫实验中，不均匀横向磁场梯度为Z B Z

??，磁极的纵向范围cm d 10=，

磁极中心到屏的距离cm D 30=，使用的原子束是处于基态2/34

F 的钒原子，原子的动

能MeV E k 50=，试求束上线束边缘成分之间的距离。 10．

已知铅的K 吸收限为nm 0141.0，K 线系各谱线的波长分别为：)(0167

.0αK nm ；)(0146.0βK nm ；)(0142.0γK nm ，现请：

（1） 根据这些数据绘出有关铅的X 射线能级简图； （2） 计算激发L 线系所需的最小能量与αL 线的波长。 11．

试求核反应O p N 17

8147),(α的反应能及其阈能。有关同位素的质量如下：

H 1

1：u 007825.1；He 4

2：u 002603.4；O 17

8：u 999133.16；N 14

7：u 003074.14。 6．假定金核半径为fm 0.7，试问：入射质子需要多少能量，才能在对头碰撞时刚好到

达金核的表面（已知金原子的原子序数为Z=79）？若金核改为铝核，使质子在对头碰撞时刚好到达铝核的表面，那么，入射质子的能量应为多少？设铝核半径为fm 0.4。

学年度第 学期期末考试试卷（A 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.处于基态42S 1/2的钾原子在B =0.500T 的弱磁场中，可分裂为 个能级，相邻

能级间隔为 （三位有效数字）。

2.原子有效磁矩与原子总磁矩的关系是__________________________________。

3.泡利不相容原理可表述为：———————————————————————————————————————————

—————————————————————————————————————，

它只对________子适用，而对____________

子不适用。

4.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，电偶极跃迁的选择定则可简化为?L = ，?J = 。

5.锂原子（Z =3）基线系（柏格曼系）的第一条谱线的光子能量约为 eV

（仅需两位有效数字）。

6.同核双原子分子一般是 分子，异核双原子分子一般是 分子。

7.无反冲的γ射线共振吸收是 首先发现的，所以称为 效应。

8.氯化钠组成立方晶体，钠和氯离子沿x,y,z 三个轴交错占据位置，已知钠和氯的

原子量分别为22.99和35.46,氯化钠的密度为2.2?103kg.·m -3,则相邻离子的间隔为：

为_______________。 9．完成下列核反应：

(

)+→+Be p Li 7

47

3 (

)+→+P He Al 30

15422713 (

)n H Cl 102

137172+→+ ()+→+He p Li 4263 (

)++

Kr Ba 9236141561235 ()ν+→+-e Fe 0

15526 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.原始的斯特恩-盖拉赫实验是想证明轨道角动量空间取向量子化, 后来结果证明的是:

A. 轨道角动量空间取向量子化;

B. 自旋角动量空间取向量子化;

C. 轨道和自旋角动量空间取向量子化;

D. 角动量空间取向量子化不成立。

2.在Z A Z A X Y He →+--2424

衰变过程中，衰变能E d 与α粒子动能E α的关系是：

A ．

E E A A d =-α()4; B. E E A A d =-α()

4

; C. E E A

Z d =-α()2; D. E E Z A d =-α()

2。

3.用波数为~v

的单色光去照射透明物体，并在与入射方向成直角的方向上观察散射光，发现散射光中除了原来的波数~v 0之外，还有~v 0±~v i 的新波数出现，其中~v i

与： A. 入射光波数的一次方有关； B. 入射光波数的平方有关； C. 散射物性质有关； D. 散射物性质无关。

4.利用莫塞莱定律，试求波长0.1935nm 的K α线是属于哪种元素所产生的？ A. A l （Z=13）； B. Fe （Z=26）； C. Ni （Z=28）； D. Zn （Z=30）。

5.我们说可以用描写碱金属原子中价电子的量子数n l j ,,来描写伦琴线光谱对应

的状态，确切地说应该是描写：

A. 内壳层具有空位的状态；

B. 内壳层某个电子的状态；

C. 最外壳层价电子的状态；

D. K 壳层电子的状态。

6.原子K 壳层的半径与其原子序数Z 之间的大致关系为：

A. 与Z 成正比；

B. 与Z 成反比；

C. 与Z 2成正比；

D. 与Z 2成反比。

三．计算题：本大题共6小题；共55分。答案请写在答题纸上。

1． 用能量为12.5eV 的电子去激发基态氢原子，问受激发的氢原子向低能级跃迁时，会出

现哪些波长的光谱线？

2． 已知下列核素处于基态时的静质量为：

H 1

1

：u 007825.1；He 4

2：u 002603.4；Li 7

3：u 016004.7；n 1

0：u 008665.1。

（1） 求He 4

2，Li 73的结合能；

（2） 求核反应He He H Li 4

2421173+→+的反应能Q 。

已知反应中各核都处于基态)/5.9311(2

c MeV u =

3．钾原子的价电子从第一激发态向基态跃迁时，产生两条精细结构谱线，其波长分别

为)44(4.7662/12

2/32

S P nm →和)44(9.7692/12

2/12

S P nm →。现将该原子置于磁场B 中（设

为弱场），使与此两精细结构谱线有关的能级进一步分裂。试计算各能级分裂大小，并绘出分裂后的能级图。

4．在康普顿散射中，若入射光子的能量等于电子的静止能，试求散射光子的最小能量及电子的最大动量。

5．动能为MeV 00.5的α粒子被金核以

90散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多

大？若金箔厚m μ0.1，则入射α粒子束以大于

90散射（称为背散射）的粒子数是全部入

射粒子的百分之几？（已知：金原子的原子序数为;79=Z 原子量为197=A ；密度为

)/1089.137m g ?=ρ

6．在考古工作中，可以从古生物遗骸中C 14

的含量推算古生物到现在的时间t 。设ρ是

古生物遗骸中C 14和C 12存量之比，0ρ是空气中C 14和C 12

的存量之比。试证明：

2ln )

/ln(0ρρT

t =，式中T 为C 14的半衰期。

学年度第 学期期末考试试卷（B 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。

1.1911年卢瑟福根据 粒子在原子内的 散射现象，而提出了原子的

结构模型。

2.2D 在磁感应强度为B 的强磁场中，分裂为 层，原子与磁场相互作用附加能

分别为 。在弱磁场中，它将分裂为 层。

3.钙原子（Z=20）基态时最外层的电子组态为 ，基态原子态为 。它

的能级分成两套，即 重态和 重态。

4.正电子与电子相遇可形成一种类氢结构的“电子偶素”。其结合能等于

eV 。

5.某二价原子的两个价电子处于2s3d 组态，按jj 耦合法，可构成的原子态个数

为——————个，其总角动量量子数J 的值分别为 。

6．某原子n=1壳层，n=2壳层和3s 次壳层都填满，3p 次壳层只缺一个电子，则该原子的原子序数Z= ，基态光谱项为 ，这是 原子。

7．放射性核素的三种衰变类型是 ， 和 。 8．裂变条件是 。

9．原子处于2/32

D 状态，它的磁矩μ为 ；磁矩的投影z μ的可能值为 ，

， ， 。

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.形成超精细结构，

A. 是电子自旋与轨道运动相互作用的结果。

B. 仅是由于电子自旋磁矩与原子核相互作用的结果。

C. 是价电子运动轨道在原子实中贯穿的结果。

D. 是电子磁矩（包括自旋与轨道）与核磁矩之间作用及核四极矩与电子电场梯度之间相互作用的结果。

2.按照壳层结构理论，电子在填充主量子数为n 的壳层时，如果有过渡元素，则

这些过渡元素是由于填充下列哪一支壳层所形成：

A. n d ；

B. (n -1)d ；

C. (n -2)d ；

D. (n -2)f 。

3.电偶极辐射跃迁的普适选择定则中首先要满足：

偶性态（

偶奇性态奇这是由于l

l

i

i

i

i

∑∑=?=)(

),:

A. 角动量守恒的要求；

B. 泡利不相容原理的限制；

C. 宇称守恒的要求；

D. 能量最低原理的限制。

4．某原子处于2/34

D 态，则其L ·S 的可能值为下列哪一个？ （A ）3?2 （B ）5?2

（C ）-3?2 （D ）-3?2

/2 （ ） 5．在12.4kV 电压下工作的X 射线管所产生的最短波长约为多少？ （A ）

A 1 （

B ）

A 15.0 （C ）

A 2.0 （D ）

A 2

10

- （ ）

6．若原子处于2/52

D 状态，其朗德因子g 的值为 （A ）1/6 （B ）2/3

（C ）6/5 （D ）7/6 （ ）

三．计算题：本大题共6小题；共55分。答案请写在答题纸上。

1．试证实：原子在2/36

G 状态的磁矩等于零，并根据原子矢量模型对这一事实作出解释。

2.一个质量为m 动量为p 的粒子垂直入射到具有排斥势U 0的表面,

U p m 02

≈

, 用不确定关系确定其贯穿深度。

3．钠原子光谱的共振线（主线系第一条）的波长nm 3.589=λ，辅线系线系限的波长

nm 6.408=λ，试求：

（1）S 2、P 3对应的光谱项和能量；

（2）钠原子基态电子的电离能和由基态到第一激发态的激发能。

4．Th 232

90

放射α射线成为Ra 22888，从含有一克Th 232

90的一片薄膜测得每秒放射4100粒α粒子，试算出

Th 232

90

的半衰期。

5．铍原子基态的电子组态是s s 22，若其中有一个电子被激发到p 3态，按L-S 耦合可以形成哪些原子态？写出有关的原子态的符号。从这些原子态向低能态跃迁时，可以产生几条光谱线？画出相应的能级跃迁图。若那个电子被激发到p 2态，则可能产生的光谱线又为几条？

6．试问：4.5MeV 的α粒子与金核对心碰撞时的最小距离是多少？若把金核改为Li

7

核，则结果如何？（已知：金原子的原子序数为Z=79）