原子物理75分范围.pdf

第 1 页 共 9 页 原子物理 75 分范围 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 cm10 10 B m10 10 C m10 8 D m 13 10 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 L me L 2 e B L me L 2 e C L me L e D L me L e 6 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 D 1 D 3 B SPD 131 C DPDP 3311 D SSPPDD 31313 1 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 0 1 3s3SsB 0 3 2s2PpC 0 1 2s2Ss D 0 3 33Pps 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 通过测量 衰变的 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 第 2 页 共 9 页 11 原子核式结构模型的提出是根据 粒子散射实验中 C A 绝大多数 粒子散射角接近 180B 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 nSP2 B nDP2 C nFD3 D nPS2 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 2h 3hB 2 35 h 2 15 h C 3h 4hD h3 2 h5 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 eVhc 2 B eV 2hcC hc eVD2hc eV 17 若原子处于 2 1D 和 2 1 2S 状态 它们的朗德因子 g 的值分别为 D A 1 和 2 3B 1 和 4 3C 2 和 2 3D 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 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 2 1 2P B 2 3 2P C 2 1 2P D 3 2 4P 22 碱金属原子的光谱项为 D A T R 2 nB T 22 n RZC T nRD T 22 nRZ 23 氖原子的电子组态为 622 22s 1ps 根据壳层结构可以判断氖原子基态为 C A 1 1P B 1 3S C 0 1S D 3 2 4P 第 3 页 共 9 页 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 0B 1C 2D 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达式为 3 2 1 1 1 v 22 n n RH 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 2 7 2 5 4 在一个多重能级的结构中 例如 321 3 D三个能级的两个间隔之比等于 3 2 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可以容纳的最多电子数 是 2 2l 1 6 原子态 2 5P 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 cos1 h 0 cm 10 原子核X A Z 放射性 衰变的方程可表示为 e 4 2 4 2 HXX X Z A Z 11 公式v 1 R 22 n 1 l 1 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 hvE 3 角动量 量子化 3 2 1L nhn 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 L 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 3 2 2D 状态 该原子磁矩的投影 z 的可能值为 6226 5555 BBBB 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 2 1 2D 按照施特恩 盖拉赫的方法通过极不均匀的磁场 原子束分裂成 2 束 20 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 第 4 页 共 9 页 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 同量异位素 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 L 1 J 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 hvE 3 角动量量子化 3 2 1L nhn 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 sl mm 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 l m 轨道磁量子数 0 2 1 代表轨道在空间的可能取向 s m 自旋磁量子数 2 1 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 S P 两个自旋角动量 21 SS PP绕着自旋总角动量 S P旋进 同样两个轨道角动量 21 LL PP也合成轨道总角动量 L P 然后轨道总角动量再和自旋总角动量合成总角动量 J P SL PP和再绕着 J P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 Bg m V L dZ dB m S 2 2 1 有几个 m 值就分裂成几条 N 2J 1 6 原子核发生 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 第 5 页 共 9 页 不矛盾 由于原子核在 衰变过程中 不仅仅放出 粒子 还放出一个不带电的中性粒子 它的 质量几乎小得为 0 则在 衰变过程中有两种极端的情况 当 粒子和反冲核的动量大小相 等 方向相反 此时衰变能EdE 当中微子与反冲核的动量大小相等 方向相反 粒子的动能为 0 所以在一般情况下 粒子的动能介子上述两种情况之间 故 能谱是连 续分布的 四 计算题 1 解释 Cd 的 6438 埃的红光 1 1 2 1 PD 在外磁场中的正常塞曼效应 并画出相应的能级图 答 12 g1 1 0 121 0 1 2MM 由题意 得 M210 1 2 22g M210 1 2 11g M10 1 1122 gMgM 1 1 1000111 L1 0 1 1 所以三条谱线波数差为一个洛伦兹单位 第 6 页 共 9 页 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 1212 12 12 12 11 1 0 22 311 222 31 21 22 11 j 10 22 llSS jlsls jj jJ jJ 或 或 j 和合成 合成 因此激发后可能有四种状态 01 12 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 2 1 2 3 3 试计算氦原子光谱中波长为 7065A 0 3 1 3 31PSSS 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 1 3S 能级 L 0 S 1 J 1 Lv MgMJSLP M 2 0 2 0g 0 0 0011 2g 01 11110 3 22 能级 对 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 所以不是正常塞曼效应 4 已知钒原子基态是 4 3 2 F 1 问钒原子束在不均匀横向磁场中将分裂为几束 2 求 基态钒原子的有效磁矩 答 1 J 3 2N 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 hhJJP P m e g J JJ 2 15 1 2 按 LS 耦合后 BJ h JJ SSLLJJ g 5 15 2 15 2m e 5 2 5 2 1 2 1 1 1 1 第 7 页 共 9 页 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 答 电子组态 2261 1223ssps原子态 2 1 2 s 根据1 0 1Lj 6 推导康普顿散射公式 并说明该表达式的物理含义 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 0 m 碰撞 后速度为 v 质量 0 2 2 1 m m V c 根据能量守恒定律和动量守恒定律 22 0 2 22 1 2 mv 2 cos hvm chvmc ppmV pppp 将 改为标量 第 8 页 共 9 页 2 2 22222222 2422222242 00 2 242422 00 2 2cos m 2 cos 3 1 m 2 2 4 4 3 m12 1 cos 2 hvhvhvhv mV cccc c Vh vh vh vv ch vh vh vvm cm c h vv V cm ch vvm c h vv c m 化简得 将 移项平方 得 得 0 2 2 2 0 0 0 1 1 cos 1 cos 1 cos m V c hvvm c vv cch vvm c h m c 7 计算 Na 双线 2 1 2 2 3 2 2 1 2 2 1 2 SPSP