原子物理复习题

第一章：1. 原子半径的数量级是（ ） A. cm B. m C. m D. m 2. 原子质量的数量级为（ ）A. 千克 B. 千克C. 千克 D. 千克3. 阿伏加德罗常数的正确值（ ） A. 摩尔 B. /摩尔 C. 摩尔 D. /摩尔4. 利用汤姆逊模型和卢瑟福模型分析a粒子散射实验, a粒子受原子核正电荷作用力情况的异同点是（ ）A. 原子内外相同，原子表面和中心处不同B. 原子外相同，原子表面，原子内不同C. 原子表面相同，原子内和中心处不同D. 原子外，原子表面相同，原子内和中心处不同5. 关于a粒子散射实验，以下说法正确的是（ ）A. 绝大多数散射角近180B. a粒子只偏2、3 C. 以小角散射为主，也有大角散射D. 以大角散射为主，也存在小角散射6. 进行卢瑟福理论实验时，发现小角散射与理论不符，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使用7. 用相同能量的a粒子束和质子束同金箔正碰。测量金原子半径的上限，问质子束是粒子束结果的几倍？（ ）A. 1/4 B. 1/2 C. 1 D. 28. 在同一a粒子源和散射靶的条件下，观察到a粒子被散射到90和60角方向上，单位立体角内几率之比为（卢瑟福散射公式：）（ ）A. B. C. D. 第二章：1. 氢原子光谱赖曼系和巴尔末系的系限波长分别是（ ）A. R/4和R/9 B. R和R/4 C. 4/R和9/R D. 1/R和4/R2. 氢原子所观测到的全部线光谱应理解为（ ）A. 处于某一状态的一个原子所产生的B. 处于相同状态的少数原子所产生的C. 处于不同状态的足够多的原子所产生的D. 处于不同状态的少数原子所产生的3. 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-10.2VC. 13.6V和3.4V D. -13.6V和-3.4V4. 根据波尔理论，若将氢原子激发到n=5的状态，则（ ）A. 可能出现10条谱线，分别属于4个线系B. 可能出现9条谱线，分别属于3个线系C. 可能出现11条谱线，分别属于5个线系D. 可能出现1条谱线，属于赖曼系5. 能量为A. B. C. D. 的一群光子照射处于基态的氢原子，试问哪种能量的光子可被氢原子吸收？（ ）6. 若赖曼系、帕邢系、巴尔末系第一条谱线的波长分别为l赖 ，l帕和l巴，则它们之间满足（ ）A. l赖l帕l巴 B. l赖l帕l巴C. l赖 l巴l帕 D.l巴l赖M C. Zmp+(A-Z)mn M D. 以上关系均不成立。10. 核力的力程其数量级是（ ）A. 10-15m B. 10-18m C. 10-10m D. 10-13m11.下述哪个说法是不正确的? （ ） A. 核力具有饱和性 B. 核力与电荷有关 C. 核力是短程力 D. 核力是交换力12. 汤川介子场理论认为核力是交换下列粒子而产生（ ） A. 电子和中微子 B. C. 和 D. 中间玻色子13. a、b、g三种放射性都能使气体带电离，但电离能力不同，若按由强到弱排列其次序是（ ） A. a、b、g B. g、a、b C. g、b、a D. b、g 、a14. a、b、g三种放射性都有贯穿物质的本领，但大小不同，若按由大到小排列其顺序是（ ） A. a、b、g B. g、a、b C. g、b、a D. b、g 、a15. l、t 都是反映原子核衰变快慢的物理量，因此三者之间有下列关系（ ） A. B. C. D. 16. 衰变常数l，半衰期和平均寿命t 都是反映核衰变快慢的物理量，各量大小同衰变快慢的关系是（ ）A. l 和t 大衰变快，而大衰变慢 B. t 和大衰变快，而l 大衰变慢C. l 大衰变快，而t 和大衰变快 D. l 和大衰变快，而t 大衰变慢17. 某核素的半衰期是10分钟，这种核素的原子经过50分钟之后仍存在的几率是多少? （ ） A. 1/5 B. 1/10 C. 1/16 D. 1/3218. 放射性原子核衰变的基本规律是： ，公式中代表的物理意义是（ ） A. t时刻衰变掉的核数 B. t=0时刻的核数 C. t时刻尚未衰变的核数 D. t时刻子核的数目19. 已知某放射性核素的半衰期为2年，则经8年衰变掉的核数目是尚存核数的（ ）A. 5倍 B. 10倍 C. 15倍 D. 20倍20. 钍的半衰期近似为25天，如果将24克Th贮藏150天，则Th的数量将存留多少克? （ ）A. 0.375 B. 0.960 C. 2.578 D. 1221. 原子核衰变所生成子核的质量数A，电荷数Z和在周期表上的位置与母核相比（ ） A. A增加1，Z增加1，在周期表中后移一位 B. A不变，Z增加1，在周期表中后移一位 C. A减少，Z不变，在周期表中位置不变 D. A不变，Z减少1，在周期表中前移一位22. 原子核衰变所生成子核的质量数，电荷数和周期表上的位置与母核相比（ ） A. 质量数减少4，电荷数减少2，在周期表中前移两位 B. 质量数减少4，电荷数增加2，在周期表中后移两位 C.质量数增加4，电荷数减少2，在周期表中前移两位 D.质量数减少4，电荷数减少2，在周期表中后移两位23. 最后衰变成，总共经过多少次衰变? （ ） A. 6次 B. 8次 C. 26次 D. 10次24. 在衰变中，从能量或静止质量角度考虑，能发生衰变和K俘获的关系是（ ） A. 能发生衰变必能发生K俘获 B. 能发生衰变不一定能产生K俘获 C. 能发生 K俘获必能发生衰变 D. 还要考虑其它条件，才能判断25. 发生衰变的条件是（ ） A. B. C. D. 26. 试选出下列衰变的正确表达式（ ） A. B. C. D. 27. 母核经历放射性衰变，子核的质量数（ ） A. 总是比母核质量数小 B. 总是比母核质量数大 C. 永不比母核质量数小 D. 永不比母核质量数大28. 在原子核发生衰变的各种过程中，下列过程可产生俄歇电子（ ） A. 衰变和g 跃迁 B. K俘获和衰变 C. K俘获和内转换(内变换) D. 内转换和衰变29. 历史上利用加速器所加速的粒子实现的第一个人工核反应是（ ） A. B. C. D. 30. 在核反映 中，反映能为-1.84MeV，入射质子的阈能为（ ）A. 0 B. 1.66MeV C. 4MeV D. 2.04MeV31. 在核反映：中的 AY应是（ ）A. 17O B. 17F C. 18O D. 15N32. a 粒子轰击生成和x粒子，具有放射性，放射出y粒子并生产和中微子，则x粒子和y 粒子分别是（ ）A. 中子和正电子 B. 质子和中子C. 质子和电子 D. 电子和中子33. 设中子倍增系数K=1.05，若链式裂变反映中第一代中子数是1000，求第五代中子数（ ）A. 1050 B. 1216 C. 1629 D. 1276第十一章：1. 从统计性上讲，自旋为的整数倍或零的粒子称为 ；自旋为半奇数倍的粒子称为 。2. 下列哪种粒子的反粒子是其本身（ ） A. 电子 B. 中子 C. 中微子 D. 光子3. 按现代粒子理论的标准模型，下列哪种粒子是传递强相互作用的媒介（ ）A. 引力子 B. 中间玻色子 C. 胶子 D. 光子4. 所有在实验中已发现的粒子可以按照其是否参与强相互作用而分为两大类：一类不参与强相互作用的称为 ，另一类参与强相互作用的称为 。5. 强子可按其自旋的不同分为两大类：自旋为半奇数倍，统称为 ；自旋为整数倍或零，统称为 。5. 根据夸克理论，共有 种不同状态的夸克。6. 根据标准模型，物质世界是由 62 种粒子构成的，其中尚未发现的粒子是 和 。康普顿散射：1. 在康普顿散射中，如果设反冲电子的速度为光速的60，则因散射使电子获得的能量是其静止能量的_倍。2. 在用l0=0.1nm的光子作康普顿散射实验（） （1）散射角q =90时的康普顿散射波长等于多少？ （2）此时分配给反冲电子的动能等于多少？3. 在用一光子与自由电子碰撞，电子可能获得的最大能量为60keV，求入射光子的波长和能量。（，）4. 在已知X光光子能量为0.6MeV，在康普顿散射后波长改变了20%，求反冲电子获得的能量和动量的大小。（，）5. 在康普顿散射中，入射光子的波长为0.0030nm，反冲电子的速度为光速的0.6倍，求散射光子的波长和散射角。1.8 设想铅（Z=82）原子的正电荷不是集中在很小的核上，而是均匀分布在半径约为米的球形原子内，如果有能量为电子伏特的粒子射向这样一个“原子”，试通过计算论证这样的粒子不可能被具有上述设想结构的原子产生散射角大于的散射。这个结论与卢瑟福实验结果差的很远，这说明原子的汤姆逊模型是不能成立的（原子中电子的影响可以忽略）。解：设粒子和铅原子对心碰撞，则粒子到达原子边界而不进入原子内部时的能量有下式决定：由此可见，具有电子伏特能量的粒子能够很容易的穿过铅原子球。粒子在到达原子表面和原子内部时，所受原子中正电荷的排斥力不同，它们分别为：。可见，原子表面处粒子所受的斥力最大，越靠近原子的中心粒子所受的斥力越小，而且瞄准距离越小，使粒子发生散射最强的垂直入射方向的分力越小。我们考虑粒子散射最强的情形。设粒子擦原子表面而过。此时受力为。可以认为粒子只在原子大小的范围内受到原子中正电荷的作用，即作用距离为原子的直径D。并且在作用范围D之内，力的方向始终与入射方向垂直，大小不变。这是一种受力最大的情形。根据上述分析，力的作用时间为t=D/v, 粒子的动能为，因此，所以，根据动量定理：而所以有：由此可得：粒子所受的平行于入射方向的合力近似为0，入射方向上速度不变。据此，有：这时这就是说，按题中假设，能量为1兆电子伏特的粒子被铅原子散射，不可能产生散射角的散射。但是在卢瑟福的原子有核模型的情况下，当粒子无限靠近原子核时，会受到原子核的无限大的排斥力，所以可以产生的散射，甚至会产生的散射，这与实验相符合。因此，原子的汤姆逊模型是不成立的。3.8 有一粒子，其质量为,在一个三维势箱中运动。势箱的长、宽、高分别为在势箱外，势能；在势箱内，。式计算出粒子可能具有的能量。解：势能分布情况，由题意知：在势箱内波函数满足方程：解这类问题，通常是运用分离变量法将偏微分方程分成三个常微分方程。令代入（1）式，并将两边同除以，得：方程左边分解成三个相互独立的部分，它们之和等于一个常数。因此，每一部分都应等于一个常数。由此，得到三个方程如下：将上面三个方程中的第一个整理，得：（2）边界条件：可见，方程（2）的形式及边界条件与一维箱完全相同，因此，其解为：类似地，有可见，三维势箱中粒子的波函数相当于三个一维箱中粒子的波函数之积。而粒子的能量相当于三个一维箱中粒子的能量之和。对于方势箱，,波函数和能量为：。5.9 根据LS耦合写出在下列情况下内量子数J的可能值（1），（2），（3）解：（1）因为所以,共2S+1=5个值。（2）类似地，共有7个值。这里LS,其个数等于2L+1。（3）同样地，可得：。8.1 某X光机的高压为10万伏，问发射光子的最大能量多大？算出发射X光的最短波长。解：电子的全部能量转换为光子的能量时，X光子的波长最短。而光子的最大能量是：电子伏特而 所以、课程内容及基本要求原子物理学课程的内容分成三大块：原子物理、原子核物理和基本粒子。其中的重点是原子物理部分。课程学时和具体内容安排如下：(一) 绪论（ 2学时 ）原子物理的研究对象、内容、特点、发展历史以及研究方法。（二）原子的位形：卢瑟福模型（ 4学时 ）内容：电子的发现、电子的电荷和质量、阿伏加德罗常数、原子的大小、卢瑟福模型的提出、卢瑟福散射公式、卢瑟福公式的实验验证1.基本要求（1）掌握电子的发现、粒子散射实验等实验事实（2）掌握原子的静态性质（3）理解阿伏加德罗常数的物理意义（4）理解卢瑟福散射公式的推导（5）掌握卢瑟福公式的实验验证和原子的核式结构2.重点、难点重点：为卢瑟福散射和原子的核式模型（三）原子的量子态：玻尔模型（6学时）内容：黑体辐射、光电效应、玻尔模型、光谱、夫兰克-赫兹实验、玻尔模型的推广1.基本要求（1）掌握有关光谱的实验事实，氢原子光谱的巴耳末-里德堡公式。（2）掌握玻尔氢原子的量子理论，理解索莫菲椭圆轨道理论的数学推导以及相对论修正。（3）了解夫兰克-赫兹实验和史特恩-盖拉赫实验的实验事实并掌握实验如何验证原子能级和空间取向量子化（4）理解玻尔的对应原理和玻尔理论的地位2.重点、难点重点：玻尔理论难点：量子概念的建立（四）原子的精细结构：电子的自旋（ 8学时 ）内容：原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的确定、氢原子能谱的精细结构、碱金属原子光谱及精细结构、电子自旋与轨道相互作用、原子能级在磁场中的分裂、塞曼效应、反常塞曼效应、单电子跃迁与选择定则、磁共振原理及其应用1.基本要求（1）理解原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的确定。（2）掌握碱金属原子结构特点：原子实的极化和轨道贯穿。（3）理解碱金属原子光谱的精细结构（4）掌握电子自旋与轨道相互作用、原子能级在磁场中的分裂：塞曼效应、反常塞曼效应、单电子跃迁与选择定则。（5）理解氢原子能谱的精细结构（6）理解塞曼效应、反常塞曼效应的格罗春图（7）了解磁共振原理及其应用2.重点、难点重点：电子自旋和磁场中的原子难点：碱金属原子能级的分裂情况的分析（五）多电子原子：泡里原理（ 6学时 ）内容： 氦的光谱和能级、两个电子的耦合、泡里不相容原理、元素周期表1.基本要求（1）掌握元素周期表的物理解释、多电子原子(主要是具有二个价电子的原子)光谱和能级图。（2）掌握电子壳层的填充即电子组态和原子基态的组成（3）掌握L-S耦合和j-j耦合的区分以及在构成原子态中的应用，二种耦合的电子跃迁与选择定则。（4）理解泡里原理的叙述、其物理本质及其应用。（5）理解洪特定则和同科电子的概念和处理方法2.重点、难点重点：多电子原子的光谱、能级图和原子态难点：多电子原子原子基态的确定，能级高低的判别（六）X射线（ 4学时 ）内容： X射线的发现及其波性、X射线产生的机制、康普顿散射、X射线的吸收1.基本要求（1）掌握X射线发现的实验事实、X射线的产生方法、X射线的连续谱与标识谱的区分，俄歇电子和X射线的韧致辐射、康普顿散射、X射线的吸收的规律。（2）理解光子与物质的相互作用（3）了解新型X射线源-同