1、第 1 页 共 9 页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。1、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.cm0-10-m81302、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
2、 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.meL2eL2meLLeL6、我们说可以用
3、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.D13 SP13,C. D.P3,8、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.013sS032sp012sS03Pps9、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
4、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第 2 页 共 9 页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 粒子散射实验中：）C）A. 绝大多数 粒子散射角接近 180 B. 粒子只偏 23C. 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
5、、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.nDPP2C. nF D.nP S14、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. ，h235h1C. 3 ， 4 D. 3/2， 5/216、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
6、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/eVeh/217、若原子处于 和 状态，它们的朗德因子 g 的值分别为：(D)21D/1SA. 1 和 2/3 B. 1 和 4/3 C. 2 和 2/3 D.1 和 218、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
7、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. B. C. D.2/1P2/3P2/1P3/2422、碱金属原子的光谱项为：(D)A. T=R/ B. T= C. T= D.T=2n2n/RZ*/nR2/*nRZ第 3 页 共 9 页23、氖原子的电子组态为 ，根据壳层结构可以判断氖原子基态为：（ C ）62s1pA. B. C. D. 1P3S01S3/
8、24P24、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. 32、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 .,21v2nRH2、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 _ _。275，4、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_ _。321，D3:25、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 的磁场中能级发生劈
9、裂，则磁量子数 M 等于_2,1,0,-1,-2_ 。25P7、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 =_ _。cos1h0m10、原子核 放射性 衰变的方程可表示为_ _。AZ e42HXZA11、公式 = =R( )是描述氢原子光谱的_赖曼_线系。v12n-l12、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hvE量子化 _。.3,Lh13、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
10、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 状态，该原子磁矩的投影 的可能值为3/2Dz第 4 页 共 9 页_ _。626-55BB， ， ，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
11、恩-盖拉赫的方法通过极不均匀的磁2/1D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。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 L=_1_ 。J=_0,1_。3、简答题1、简述原子光谱
12、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hvE。.3,Lnh2、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
13、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。slm和答：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，0,1,2n-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。lm2,1，：自旋磁量子数， ，代表电子自旋的取向。s4、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
14、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SP21,SPSP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 ，21,LL JP再绕着 旋进。S和 J第 5 页 共 9 页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+1BgVLdZmS216、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？4、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
15、。12PD答： 1,0,g2M由 题 意 ， 得M 2 1 0 -1 -22 1 0 -1 -21 0 -11g-1 -1 -1 0 0 0 1 1 1 12gL,0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 .012,3j .21,01112，合 成 ，合 成或 或 JsljSl因此激发后可能有四种状态 01,122，3、试计算氦原子光谱中波长为 7065A( )的谱线，在强磁场中发生
16、塞曼效应时031PS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=1，13SLv MgJPM2,0 0,01g. 111322 ，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。第 7 页 共 9 页答：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、 hJPmegJJ215)(按 LS 耦合后： BJhJSLg512me552)()()(5、写出钠原子基
17、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 ,碰撞 0m后速度为 v,质量 ,021mVc根据能量守恒定律和动量守恒定律：22022()mvcoshvcvpVp将 （ ） 改 为 标 量第 8 页 共 9 页 22222422242002244220 0 cosm(3)1 (4)()3,1(1cos)()hvhvVcchvhvmhvVccm化 简 得将 （ ） 移 项 平 方 ， 得 ，得 ， 200(1
18、cos)()s (1co)hvvhm7、计算 Na 双线（ ）在外场中的分裂情况，试问（ 1）原能级的2/1/32/12/ SPS和分裂情况如何？ （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： 123SPM 3/2 1/2 -1/2 -3/26/3 2/3 -2/3 -6/32g1 -11-5/3 -3/3 -1/3 1/3 3/3 5/312gL, 6 条 波数差为 2/3L 反常塞曼效应)35,35()212SPM 1/2 -1/21/3 -1/32g1 -1-4/3 -2/3 2/3 4/32第 9 页 共 9 页L342-1，4 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dzBf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dzB使用基态为 的原子，问该原子在相片上会产生几条斑纹。23PBgBgzzzmvldZSldvlZlmfatSdZf 2222)(1cos1cos则 ，则有 n 个 M 值，相片上就有 n 条黑条对于， M=2，1，0，-1，-223P所以，该原子在相片会产生 5 条斑纹。dzBJPJ
