原子物理学知识要点总结
82页1、第一章 原子的基本状况 主要内容:原子的质量和大小、原子的核式结构、粒子散射实验(重点)。,基本要求: (1)掌握估算原子大小的方法、理解原子量的定义和原子量、原子质量的计算。 (2)了解汤姆逊模型的要点和遇到的困难;理解卢瑟福核式结构的要点和提出核式结构的实验依据;,原子的质量,原子质量单位和原子量,各种原子的质量各不相同,常用它们的相对值原子量。,原子质量单位:,原子量:原子包含1个原子质量单位(1u)的数量,H:1.0079 C:12.011 O:15.999 Cu:63.54,将原子看作是球体,1摩尔原子占体积为,原子的大小量级,如果物质的密度为 ,A为原子量,则1摩尔原子占有体积,原子的半径都约为10-10 m即的量级。,粒子散射实验,结果:绝大多数散射角小于2度;约1/8000 散射角大于90度,有的几乎达180度。 大角散射是值得注意的现象。,汤姆逊提出原子的布丁(pudding)模型下,单次碰撞不可能引起大角散射!,多次散射引起的偏转角仍很小,在1度左右。,要发生大于90o的散射,需要与原子核多次碰撞,其几率为10-2000!远小于实验测得的大角度散射几率1/8000
2、。,卢瑟福的原子核式模型 1911年提出:原子由带正电荷并几乎占有全部质量的微小中心核以及绕核运行的电子所组成。,库仑散射公式。,散射角与瞄准距b 有关。,卢瑟福散射公式,d:粒子被散射到-+d之间对应立体角 内每个原子的有效散射截面,原子核的半径量级在10-14m10-15m 范围。,第二章 原子的能级和辐射,基本要求: (1)氢原子光谱线系的特点及各线系公示表达。 (2)玻尔理论基本假设。 (3)氢原子光谱和能级。 (4)掌握弗兰克-赫兹实验的目的、原理、结果和意义。,一氢原子光谱的线系,巴尔末线系:,氢原子的Rydberg常数,(远紫外)赖曼系:,(红外三个线系),帕邢系:,布喇开系:,普丰特系:,线系的一般表示:,令:,光谱项,并合原则:,每一谱线的波数都可表达为二光谱项之差,二、玻尔基本假设(1913年),(1) 定态(stationary state)假设,电子只能在一系列分立的轨道上绕核运动,且不辐射电磁波,能量稳定。,电子轨道和能量分立,(2) 跃迁(transition)假设,吸收,发射,原子在不同定态之间跃迁,以电磁辐射形式吸收或发射能量。,频率条件,吸收,吸收,跃
3、迁频率:,(3) 角动量量子化假设,为保证定态假设中能量取不连续值,必须 取不连续值,如何做到?,玻尔认为:符合经典力学的一切可能轨道中,只有那些角动量为 的整数倍的轨道才能实际存在。,三、关于氢原子的主要结果,1、量子化轨道半径,圆周运动:,电子定态轨道角动量满足量子化条件:,氢原子玻尔半径,轨道量子化,2、量子化能量,能量的数值是分立的,能量量子化,基态(ground state),激发态(excited state),电离能:将一个基态电子电离至少需要的能量。对氢,13.59eV.,对氢原子:,(理论值,假设原子核质量无限大),(实验值),3、氢原子光谱,令:,则:,考虑约化质量,里得堡常数是,当M=,由上式,R理论值,是相当于原子核质量无限大的R值。,原子能级是分立的,弗兰克赫兹实验,电子动能损失是分立的,原子内部能量量子化证据,电流突然下降时的电压相差都是4.9V,即,KG间的电压为4.9V的整数倍时,电流突然下降。,结果分析表明:汞原子的确有不连续的能级存在,而且4. 9eV为汞原子的第一激发电位。,为什么更高的激发态未能得到激发?,在这个实验装置中,加速电子只要达到4.9
4、ev,就被汞原子全部吸收了;因此不可能出现大于4.9ev能量以上的非弹性碰撞,故不能观察汞原子的更高激发态。,第四章碱金属原子,基本要求: (1)掌握碱金属光谱的4个谱线系(公式,参数物理含义)、光谱项和光谱的规律。 (2)理解碱金属能级特点及其原因:原子实极化和轨道贯穿。 (3)掌握电子的自旋和轨道角动量及其产生的相应磁矩,掌握自旋与轨道运动的相互作用能,并利用相互作用能解释能级的分裂。 理解量子数 n , l , s , j 的物理含义及取值特点。 (4)掌握单电子跃迁的选择定则。 (5)了解氢原子光谱的精细结构。,碱金属原子态符号:,锂原子的四个线系可公式表为:,,n = 2, 3, 4,,n =3,4,5,, n =4,5,6,主线系:,第二辅线系:,第一辅线系:,柏格曼系:,,n =3,4,5,: 量子数亏损,0,10000,20000,30000,40000,厘米-1,2,6707,主线系,18697,6103,8126,一辅系,二辅系,柏格曼系,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,5,5,5,5,4,5,s =0,p =1,d =2,f =3,H,6,7,锂原子能级图
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