关于原子物理学试题
高校原子物理学试题
试卷
一、选择题
1.分别用１MeV的质子和氘核（所带电荷与质子相同，但质量是质子的两倍）射向金箔，它们与金箔原子核可能达到的最小距离之比为：
Ａ.1/4; Ｂ.1/2; Ｃ.１; Ｄ.２.
2.处于激发态的氢原子向低能级跃适时，可能发出的谱总数为：
A.4;
B.6;
C.10;
D.12.
3.根据玻尔－索末菲理论，n=4时氢原子最扁椭圆轨道半长轴与半短轴之比为：
A.1；
B.2;
C.3;
D.4.
4.f电子的总角动量量子数j可能取值为：
A.1/2，3/2;
B.3/2，5/2;
C.5/2，7/2;
D.7/2，9/2.
5.碳原子（C，Z＝6）的基态谱项为
A.3P O;
B.3P2;
C.3S1;
D.1S O.
6.测定原子核电荷数Z的较精确的方法是利用
A.α粒子散射实验;
B. x射线标识谱的莫塞莱定律;
C.史特恩－盖拉赫实验；
D.磁谱仪.
7.要使氢原子核发生热核反应，所需温度的数量级至少应为（K）
A.107;
B.105;
C.1011;
D.1015.
8.下面哪个粒子最容易穿过厚层物质？
A.中子；
B.中微子；
C.光子；
D.α粒子
9.在（1）α粒子散射实验，（2）弗兰克－赫兹实验，（3）史特恩－盖拉实验，（4）反常塞曼效应中，证实电子存在自旋的有：
A.（1），（2）;
B.（3）,（4）;
C.（2）,（4）;
D.（1）,（3）.
10.论述甲：由于碱金属原子中，价电子与原子实相互作用，使得碱金属原子的能级对角量子数l的简并消除. 论述乙：原子中电子总角动量与原子核磁矩的相互作用，导致原子光谱精细结构. 下面判断正确的是：
A.论述甲正确，论述乙错误;
B.论述甲错误，论述乙正确;
C.论述甲，乙都正确，二者无联系；
D.论述甲，乙都正确，二者有联系.
二、填充题（每空2分，共20分）
1．氢原子赖曼系和普芳德系的第一条谱线波长之比为（）.
2．两次电离的锂原子的基态电离能是三次电离的铍离子的基态电离能的（）倍.
3．被电压100伏加速的电子的德布罗意波长为（）埃.
4．钠D1线是由跃迁（）产生的.
5．工作电压为50kV的X光机发出的X射线的连续谱最短波长为（）埃.
6．处于4D3/2态的原子的朗德因子g等于（）.
7．双原子分子固有振动频率为f，则其振动能级间隔为（）.
8．Co原子基态谱项为4F9/2，测得Co原子基态中包含8个超精细结构成分，则Co核自旋I=（）. 9．母核A Z X衰变为子核Y的电子俘获过程表示（）。
10．按相互作用分类，τ粒子属于（ ）类. 三、 问答题（共10分）
1.（4分）玻尔氢原子理论的定态假设. 2．（3分）何谓莫塞莱定律？ 3．（3分）原子核反应的三阶段描述. 四、 计算题（50分）
1．（10分）一个光子电离处于基态的氢原子，被电离的电子重新和质子结合成处于第一激发态的氢原子，同时放出波长为626埃的光子.求原入射光子的能量和自由电子动能.
2．（10分）钠原子3S 和3P 谱项的量子亏损分别为1.373和0.883. 试确定钠原子的电离能和第一激发电势. （R=109735cm -1）
3．（10分）试讨论钠原子漫线系的一条谱线（2D 3/2→2P 1/2）在弱磁场中的塞曼分裂，作出能级分裂跃迁图. 4．（10
分）22
11
Na 的半衰期为2.6
年.试求:(1)平均寿命和衰变常数;(2)5mg 22
11
Na 减少到1mg 需要多长时
间?(ln10=2.303,ln2=0.693) 5．(10
分)试计算中子与O
17
8
核发生(n,2n)反应的反应能和阈能.
(M(O
178
)=16.999130u,M(O
16
8
)=15.994915u,M(O
15
8
)=15.003071u,m n =1.008665u)
试 卷 B (聊 师)
1. α粒子以速率V 0对心碰撞电荷数为Z 的原子核，α粒子所能达到的离核的最小距离等于多少？
2．根据玻尔—索末菲理论，氢原子的主量子数n=3时，电子可能有几种不同形状的轨道，它们相应的轨道角动量，能量是否相等？
3. 单电子原子关于l ，j 的电偶极跃迁定则是什么？
4．基态为4F 3/2的钒原子，通过不均匀横向磁场将分裂为几束？基态钒原子的有效磁矩μJ 等于多少玻尔磁子μB ?
5．试求出磷（P,Z=15）.氯(Cl,Z=17)原子基态电子组态和基态谱项.
6．d 电子与s 电子间为LS 耦合，试求出可能合成的总轨道角动量L P ρ大小.
二、1．假定1H 36Cl 分子的转动常数B=10.7cm -1，试计算最低的两个转动能级的能量(hc=12400eV ?0
A ) 2．已知59Co 的原子基态光谱项（仅与核外电子有关）为4F 9/2，原子谱项的超精细结构分裂为8个成分。试
确定59Co 核的自旋I P ρ
的大小.
3．维持链式反应的条件是什么？
4．强子的夸克模型认为中子和介子是如何组成的？
三．一个动能为3.0eV 的电子被氦核所俘获，并发出波长为2400埃的光子. 试问该电子被俘获到氦离子He +的哪个能级？试求He +离子由该能级跃迁到n=2的能级发出光子的波长.
四、1．39Ca 可发生β+衰变，试求出所放出的β+粒子的最大动能.(M Ca =38.970711u,M 核
=38。
963709u,M e c 2=0.511MeV)
2．用动能为的粒子轰击，观察到在方向上有动能为的质子出射. 试写出核反应方程式，并确定该反应的反应能.
3．He 原子单一态1s3d 1D 2→1s2p 1P 1跃迁产生的谱线波长为6678.1埃. 在B=1.2T 的磁场中发生塞曼效应. 试
问：(1)在垂直于B ρ的方向观察时有几条谱线？波长各为多少？(2)迎着B ρ的方向观察时有几条谱线？波长
各为多少？（hc=12400 eV ?0
A ,μ
B =5.79?10—15eV ?T -1）
试 卷 C （山 师）
下列数据供答题时使用：
组合数
2
4πεe =1.44MeV ?fm , hc=12400 eV ?0
A R ∞hc=13.6ev , 78Li 原子质量m Li =7.016005u
74
Be 原子质量m 7Be =7.016930u , H 原子质量 m H =1007825u, 中子质量m n =1.008665u, 1u=931.5MeV/c 2
一、 根据基本粒子所参与的相互作用，可将基本粒子分为哪几类？ 二、 试问4.0MeV 的α粒子与金核（Z=79）对心碰撞时的最小距离是多少 ？ 三、 试计算原子处于2 D 3/2态的总磁矩μJ （以玻尔磁子μB 为单位）.
四、 试确定填满n=2壳层的原子中，下列量子数相间的电子数：（1）m s =1/2; （2）
l
m =-1.
五、 HCl 分子的远红外吸收光谱中，观测到多条吸收谱线。这些谱线的波数间隔近似，其平均值为20.68cm -1,
试求该分子第一激发转动态与转动基态间的能量差。
六、 已知5927Co 的原子基态光谱项（仅与核外电子有关）为4F 1/2原子谱项的超精细结构为8个成分. 59C o 核
的自旋I
七、 已知22688Ra 、22288Ra 和48He 的质量分别为226.025436u 、222.017608u 和4.002603u 。试计算226Ra 放出的α
粒子动能。
八、 试求73Li(p,n)7Be 的反应能和阈能。
九、 实验发现，基态氢原子可吸收能量为12.7eV 的光子.（1）试问氢原子吸收光子后将被激发到哪个能态？
（2）在能级图上标出受激发的氢原子向较低能级跃迁时可能发出几条光谱线？(3)算出这几条光谱线中波长最短的一条的波长.
中科院上海光机所（1999）
原子物理与量子力学试题（原子物理部分85分）
1．（15分）计算下列粒子的德布罗意波长：（1）10MeV 的光子；（2）动能为10MeV 的电子；（3））动能为10MeV 的中子（中子的静止能量为940MeV ）.
2．（15分）（1）试写出氖原子基态的电子组态，给出基态量子数：总角动量子数J 、轨道量子数L 、自旋量子数S.（2）给出氖原子的最低一组激发态的电子组态及相应状态的量子数：L 、S 、J.
3．（15分）对于氢原子、Li ++，认为原子核是不动的，是根据玻尔模型计算：（1）前两个玻尔轨道的半径及电子在这些轨道上的速度；（2）电子在基态的动能和它的结合能；（3）发电势及共振线（第一激发态与基态间的跃迁辐射）.
4．（10分）已知氢原子的巴尔末系及He +的毕克林系的线系限波数分别为：2741940m -1和2743059m -1，求电子与质子的质量之比.
5．（15
分）计算下列各原子核的半径：U
,Ag ,He 238
92107474
2
，设
fm
45.10=r .
6．（15分）举例说明原子物理在科技中的作用.
临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题（A 卷）
一、论述题25分，每小题5分）
1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。
2．泡利不相容原理。
3．X射线标识谱是如何产生的？
4．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。
5．为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量？
二、（20分）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。
三、（15分）对于电子组态3p4d，在LS耦合时，（1）写出所有可能的光谱项符号；（2）若置于磁场中，这一电子组态一共分裂出多少个能级？（3）这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁？
四、（20分）镉原子在1D2→1P1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。
五、（1）（10分）用中子打击
F
19
9
产生
O
9
，并放出一个新粒子，写出核反应方程式；在实验室坐标系中，
这种核反应发生时中子必须有的最小的能量是4.1MeV，试求反应能Q值（n10：1.008665u，F
19
9
：18.998405
u）。
（2）（10分）已知
U
235
的核子的平均结合能为7.572 MeV，
Sn
117
及
Sn
118
的核子的平均结合能为8.6MeV，
求
U
235
裂变为两个Sn核时放出多少能量？平均一个核子释放多少能量？
临沂师范学院物理系
原子物理学期末考试试题（A卷）标准答案和评分标准
一、论述题25分，每小题5分）
1．原理：加速电子与处于基态的汞原子发生碰撞非弹性碰撞，使汞原子吸收电子转移的4.9eV的能量跃迁到第一激发态。处第一激发态的汞原子返回基态时，发射2500埃的紫外光。（3分）结论：证明汞原子能量是量子化的，即证明玻尔理论是正确的。（2分）
2．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量子态。（5分）
3．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分）
4．原子核自发地的发射αβγ
射线的现象称放射性衰变，（4分）
例子（略）（1分）
5．因为中等质量数的原子核的核子的平均结合能约为8.6MeV大于轻核或重核的核子的平均结合能，故轻核聚变及重核裂变时能放出巨大能量。（5分）
二、（20分）（1）钠原子基态的电子组态1s22s22p63s；原子基态为2S1/2。（5分）
（2）价电子被激发到4s态向基态跃迁时可发出4条谱线。（6分）
（3）依据跃迁选择定则
1
0,
j
1,±
=
?
±
?＝
l
（3分）
能级跃迁图为（6分）
三、（15分）（1）可能的原子态为
1
P 1，1D 2，1F 3；3P 2，1，0，3D 3，2，1，3F 4，3，2。 （7分）
（2）一共条60条能级。 （5分）
（3）同一电子组态形成的原子态之间没有电偶极辐射跃迁。 （3分）
四、（20分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位
B 6.4612=?≈??? ???λλ
λ （5分）
则得0
A 39.0=?λ （5分）
和0
00
A 6438.39A 6437A 6437.6＝，＝，＝＋－λλλ （5分）
能级跃迁图为 （ 5分）
五、（1）（10
分）
H
O F n 1
11981991
0＋→+ （5分）
MeV
89.31
00
min
-=+-=M M M E Q （5分）
（2）（10分）一个
U
235
共释放241.6MeV 能量。 （5分）
平均一个核子释放1.036MeV 能量。 （5分）
临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题（B 卷）
一、论述题25分，每小题5分）
1．玻尔理论的成功之处和局限性。 2．波函数及其物理意义。 3．泡利不相容原理。
4．X 射线标识谱是如何产生的？
5．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。
二、（20分）当处于基态的氢原子被12.3eV 光子激发后，被激发的氢原子可能产生几条谱线？求出相应谱线的频率（用玻尔理论，不考虑电子自旋）
三、（15分）钇原子基态为2D ，用这种原子进行史特恩—盖拉赫实验时，原子束分裂为4束，求原子基态总磁矩及其在外磁场方向上的投影（结果用玻尔磁子表示）
四、（20分）镉原子在1D 2→1P 1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T 的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。 五、（1）（10
分）为进行
H
O F n 111981991
0＋→+的核反应，在验室坐标系中，这种核反应发生时中子必须
有的最小的能量是4.1MeV ，试求反应能Q 值（n 1
0：1.008665u ，F 19
9：18.998405 u ）
。（2）（10分）已知
U
235
的核子的平均结合能为7.572 MeV ，
Sn
117
及
Sn
118
的核子的平均结合能为8.6MeV ，求
U
235
裂变为两个
Sn 核放出的能量及平均一个核子释放多少能量？
临沂师范学院物理系
原子物理学期末考试试题（B 卷）标准答案和评分标准
一、论述题25分，每小题5分）
1．玻尔理论成功之处：定态的概念，能量量子化，辐射频率法则，氢原子光谱五个线系的形成，为量子力学的建立奠定了基础。（3分）
局限性：没有脱离经典物理的框架，量子化条件的引入没有严密的数学证明，不能解释氢原子光谱的强度、宽度等，无法全面地描述原子现象。（2分）
2．微观粒子状态用波函数()t r Ψ,ρ
描写，一般情况下波函数是复数。
（2分）
波函数模的平方
()
2
,t r Ψρ表示t 时刻在
dz z z dy y y dx x x +++~,~,~区间单位体元内发现
粒子的几率。（3分）
3．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量子态。（5分） 4．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分） 5．原子核自发地的发射γ
βα、、射线的现象称放射性衰变，（4分）
例子（略）（1分）
二、（20分）基态的氢原子被12.3eV 光子激发后，跃迁到3=n
的能级。（5分）
被激发的氢原子可能产生3条谱线，相应谱线的频率分别是
Hz
1057.4Hz,1046.2Hz,10918.215
152151?=?=?=λλλ。（15分）
三、（15分）（1）基态2D 的钇原子束在外磁场中分裂为
412=+j 束，由此得
23
=
j ，由
2
D 得
21,2=
=S L ，求得53
=
g 。 （5分）
（2）
B
J e J P m e g
μμ1015
32==。 （5分）
（3）
B
e J Jz e Jz m e gM P m e g
μμ??
?
??--===109,103,103,10922η。 （5分）
四、（20分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位
B 6.4612=?≈??? ???λλ
λ（5分）；则得0A 39.0=?λ（5分）
和0
000A 6438.39A 6437A 6437.6＝，＝，＝＋－λλλ （5分）
能级跃迁图为 （ 5分）
五、（1）（10
分）
H
O F n 1
11981991
0＋→+
MeV
89.31
00
min
-=+-=M M M E Q （10分）
（2）（10分）一个
U
235
共释放241.6MeV 能量。 （5分）
平均一个核子释放1.036MeV 能量。 （5分）
原子物理学试题（A 卷）
一、选择题（每小题3分，共30分）
1．在同一α粒子源和散射靶的条件下观察到α粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为：
A ．4:1 B.
2:2 C.1:4 D.1:8
2．欲使处于激发态的氢原子发出
α
H 线，则至少需提供多少能量（eV ）?
A.13.6
B.12.09
C.10.2
D.3.4
3．已知锂原子光谱主线系最长波长为6707埃，辅线系线系限波长为3519埃，则Li 原子的电离电势为： A ．5.38V B.1.85V C.3.53V D.9.14V 4．试判断原子态：1s1s 3S 1,1s2p 3P 2,1s2p 1D 1, 2s2p 3P 2中下列哪组是完全存在的？
A. 1s1s 3S 1 1s2p 3P 2 2s2p 3P 2 B .1s2p 3P 2 1s2p 1D 1 C. 1s2p 3P 2 2s2p 3P 2 D.1s1s 3S 1 2s2p 3P 2 1s2p 1D 1 5．原子在6G 3/2状态,其有效磁矩为：
A ．
B
μ315
； B. 0； C. B μ25； D. B μ215-
6．氖原子的电子组态为1s 22s 22p 6,根据壳层结构可以判断氖原子基态为： Ａ.１Ｐ１； Ｂ.３Ｓ１； Ｃ .１Ｓ０； Ｄ.３Ｐ０ . 7．原子发射伦琴射线标识谱的条件是：
Ａ.原子外层电子被激发；Ｂ.原子外层电子被电离；
Ｃ.原子内层电子被移走；Ｄ.原子中电子自旋―轨道作用很强。
8．设原子的两个价电子是p 电子和d 电子,在Ｌ－Ｓ耦合下可能的原子态有： A.4个 ； B.9个 ； C.12个 ； D.15个。 9．发生β+衰变的条件是
A.M(A,Z)＞M(A,Z －1)＋m e ;
B.M(A,Z)＞M(A,Z ＋1)＋2m e ;
C. M(A,Z)＞M(A,Z －1);
D. M(A,Z)＞M(A,Z －1)＋2m e
10．既参与强相互作用，又参与电磁相互作用和弱相互作用的粒子只有： A.强子; B.重子和规范粒子; C.介子和轻子; D.介子和规范粒子 二、填空题（每题4分，共20分）
1．原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中α粒子的____________________。 2．夫—赫实验的结果表明___________________________________。 3．如果原子处于2P 1/2态,它的朗德因子g 值为___________。
4．
85
36Kr 样品的原子核数N 0在18年中衰变到原来数目的1/3, 再过18年后幸存的原子核数为_________。
5．碳原子基态的电子组态和原子态分别是________________________。
三、（10分）用简要的语言叙述玻尔理论，并根据你的叙述导出氢原子基态能量表达式。 四、（15分）①已知：
35.1=?s ,86.0=?p ,01.0=?d ,求钠原子的电离电势.
②若不考虑精细结构，则钠原子自D 3态向低能级跃迁时，可产生几条谱线？是哪两个能级间的跃迁？各对应哪个线系的谱线？若考虑精细结构，则如何？
五、（10分）解释Cd 的6438埃的红光(1D 2→1P 1) 在外磁场中的正常塞曼效应，并画出相应的能级图。 六、（8分）氦原子有两个价电子,基态电子组态为1s1s 若其中一个电子被激发到2p 态,由此形成的激发态向低能级跃迁时有多少种可能的光谱跃迁？画出能级跃迁图.
七、（7分）用α粒子轰击147N 原子核，生成178O 原子核。试计算核反应能和阈能。已知：11H ：1.007825u,
42
He ：4.002603u, 147N ：14.003074u ，178O ：16.999133。
原子物理学试题（A 卷）标准答案和评分标准
一、选择题（每小题3分，共30分） CBACBCCCDA
二、填空题（每题4分，共20分）
1．大角散射 2．原子能量量子化 3．2/3 4．N 0/9 5．1s 22s 22p 2 3P 0 三、（10分）玻尔假设：定态假设、频率条件、轨道角动量量子化假设 5分
氢原子基态的能量
242
01241ηe m E e ???
? ??-=πε
5分
四、（15分）①已知：
35.1=?s ,86.0=?p ,01.0=?d ,钠原子的电离电势
()V 14.532
≈?-=
e Rhc
U s 5分
②若不考虑精细结构，则钠原子自D 3态向低能级跃迁时跃迁选择定则1,±?＝l 可发出3条谱线，其
中主线系一条：P
S 33~-=ν
；锐线系一条：S
P 43~-=ν
；漫线系一条：D
P 33~-=ν
，能级跃迁
图如下。 5分
考虑精细结构，则钠原子自D 3态向低能级跃迁时可发出7条谱线。 5分
依据跃迁选择定则
10,j 1,±=?±?＝l ，能级跃迁图如下。
不考虑精细结构
五、（10B 6.4612=?≈??? ???λλ
λ ，则得0
A 39.0=?λ
（5分）
和0
000A 6438.39A 6437A 6437.6＝，＝，＝＋－λλλ
能级跃迁图为 （ 5分）
2
六、（8分）氦原子有两个价电子,基态电子组态为1s1s 若其中一个电子被激发到2p 态,由此形成的激发态向低能级跃迁时有3种可能的光谱跃迁。 3分
依据跃迁选择定则
10,J 1,,0±=?±?=?＝L S
能级跃迁图如下。 5分
七、（7分）用α粒子轰击147N 原子核，生成178O 原子核。147N +42He → p + 178O
已知：11H ：1.007825u, 42He ：4.002603u, 147N ：14.003074u ，178O ：16.999133。 核反应能 4分
()()[]()MeV
18.1001281.0 006958.18005677.18222-≈-=-=+-+=c c c M M M M Q O H N α
核反应阈能
MeV
53.1144
1418.1≈+≈+-=N N M M M Q
E α阈 3分
原子物理学试题（B 卷）
一、选择题（每小题3分，共30分）
1．原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中
A.绝大多数α粒子散射角接近180?
B.α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 2．欲使处于激发态的氢原子发出
α
H 线，则至少需提供多少能量（eV ）?
A.13.6
B.12.09
C.10.2
D.3.4
3．基于德布罗意假设得出的公式
V 26
.12=
λ ?的适用条件是：
A.自由电子，非相对论近似
B.一切实物粒子，非相对论近似
C.被电场束缚的电子，相对论结果
D.带电的任何粒子，非相对论近似 4．氢原子光谱形成的精细结构（不考虑蓝姆移动）是由于： A.自旋－轨道耦合 B.相对论修正和原子实极化、轨道贯穿 C.自旋－轨道耦合和相对论修正
D. 原子实极化、轨道贯穿、自旋－轨道耦合和相对论修正
5．设原子的两个价电子是p 电子和d 电子,在Ｌ－Ｓ耦合下可能的原子态有： A.4个 B.9个 C.12个 D.15个
6．某原子处于4D 1/2态,若将其放于弱磁场中,则能级分裂为： A.2个； B.9个； C.不分裂； D.4个
1
S 0
1
S O
7．氩（Ｚ＝18）原子基态的电子组态及原子态是： Ａ.1s 22s 22p 63s 23p 6 1S 0 Ｂ.1s 22s 22p 6２p 63d 8 3P 0 Ｃ.1s 22s 22p 63p 8 1S 0 Ｄ. 1s 22s 22p 63p 43d 2 2D 1/2 8．原子发射伦琴射线标识谱的条件是： Ａ.原子外层电子被激发 Ｂ.原子外层电子被电离
Ｃ.原子内层电子被移走 Ｄ.原子中电子自旋―轨道作用很强 9．原子核平均结合能以中等核最大, 其值大约为
A.8.5~7.5MeV
B.7.5~7.7MeV
C.7.7~8.7MeV
D.8.5~8.7MeV 10．发生β+衰变的条件是
A.M(A,Z)＞M(A,Z －1)＋m e
B.M(A,Z)＞M(A,Z ＋1)＋2m e
C. M(A,Z)＞M(A,Z －1)
D. M(A,Z)＞M(A,Z －1)＋2m e 二、简述题（每小题2分，共20分）
1．什么是电子？
2．波恩对波函数作出什么样的解释？
3．碱金属原子能级与轨道角量子数有关的原因是什么？造成碱金属原子精细能级的原因是什么？ 4．何谓衰变常数、半衰期、平均寿命？ 5．基本粒子按其相互作用可分为几类？
三、（15分）不计电子自旋当电子在垂直于均匀磁场B ?的平面内运动时,试用玻尔理论求电子动态轨道半径
和能级。
四、（10分）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。
五、（15分）镉原子在1D 2→1P 1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T 的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。） 六、（10分）用中子打击
F
19
9
产生
O
9
，并放出一个新粒子，写出核反应方程式；在实验室坐标系中，这
种核反应发生时中子必须有的最小的能量是4.1MeV ，试求反应能Q 值（n 1
0：1.008665u ，F 19
9：18.998405
u ）。
原子物理学试题（B 卷）标准答案和评分标准
一、选择题（每小题3分，共30分）
DBACCCACDD
二、简述题（每小题4分，共20分）
1．从电子的属性方面回答。（4分） 2．波函数模的平方()
2
,t r Ψρ表示t 时刻在
dz z z dy y y dx x x +++~,~,~区间单位体元内发
现粒子的几率。（4分）
3．碱金属原子能级与轨道角量子数有关的原因是原子实的极化、价电子贯穿原子实。（2分）。造成碱金属原子精细能级的原因是价电子的自旋与轨道的相互作用。（3分）
4．
N
dt dN －＝
λ，
λ
2
ln =
T ，
λ
τ1
=
。（4分）
5．光子、轻子、强子（重子、介子）。（4分）
二、（15分）设电子在均匀磁场中作匀速率圆周运动的半径为r ρ
、速度为v ρ，则有
r
mv evB 2
=
（1）
),2,1(,Λη==n n mvr （2）
联立求得
),2,1(,Λη
==
n eB n r n （6分）
能量
()Λη,2,1,==
n m n
eB E n （4分）
三、（10分）（1）钠原子基态的电子组态1s 22s 22p 63s ；原子基态为2S 1/2。（2分） （2）价电子被激发到4s 态向基态跃迁时可发出4条谱线。（3分） （3）依据跃迁选择定则
10,j 1,±=?±?＝l （2分）
能级跃迁图为 （3分）
四、（15分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位
B 6.4612=?≈??? ???λλ
λ ，则得0A 39.0=?λ （5分）
和0
000A 6438.39A 6437A 6437.6＝，＝，＝＋－λλλ （5分）
能级跃迁图为 （ 5分）
五、（10
分）
H
O F n 1
11981991
0＋→+ （5分）
MeV
89.31
00
min
-=+-=M M M E Q （5分）
原子物理学试题（C 卷）
一、选择题（每小题3分，共30分）
1．如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？
A.2
B.1/2
C.1 D .4 2．夫—赫实验的结果表明：
A.电子自旋的存在
B.原子能量量子化
C.原子具有磁性
D.原子角动量量子化
3．基于德布罗意假设得出的公式
V 26
.12=
λ ?的适用条件是：
A.自由电子，非相对论近似
B.一切实物粒子，非相对论近似
C.被电场束缚的电子，相对论结果
D.带电的任何粒子，非相对论近似 4．产生两条钠黄线的跃迁是：
A.32P 1/2→32S 1/2 , 32P 1/2→32S 1/2
B.3 2S 1/2→32P 1/2 , 32S 1/2→32P 3/2
C.3 2D 3/2→32P 1/2, 32D 3/2→32P 3/2
D.3 2D 3/2→32P 1/2 , 32D 3/2→32P 3/2 5．泡利不相容原理说:
A.自旋为整数的粒子不能处于同一量子态中
B.自旋为整数的粒子能处于同一量子态中
C.自旋为半整数的粒子能处于同一量子态中
D.自旋为半整数的粒子不能处于同一量子态中
6．在正常塞曼效应中，沿磁场方向观察时将看到几条谱线： A.0 B.1 C.2 D.3
7．氖原子的电子组态为1s 22s 22p 6,根据壳层结构可以判断氖原子基态为： Ａ.１Ｐ１ Ｂ.３Ｓ１ Ｃ .１Ｓ０ Ｄ.３Ｐ０ 8．原子发射伦琴射线标识谱的条件是： Ａ.原子外层电子被激发 Ｂ.原子外层电子被电离
Ｃ.原子内层电子被移走 Ｄ.原子中电子自旋―轨道作用很强
9．已知钠原子核23Na 基态的核自旋为I=3/2,因此钠原子基态32S 1/2能级的超精细结构为 A.2个 B.4个 C.3个 D.5个 10．发生β－衰变的条件是
A.M(A,Z)＞M(A,Z ＋1)＋m e
B.M(A,Z)＞M(A,Z ＋1)－m e
C.M(A,Z)＞M(A,Z ＋1)
D.M(A,Z)＞M(A,Z ＋1)＋2m e 二、简述题（每小题4分，共20分）
1．简述玻尔对原子结构的理论的贡献和玻尔理论的地位与不足. 2．波恩对波函数作出什么样的解释？
3．碱金属原子能级与轨道角量子数有关的原因是什么？造成碱金属原子精细能级的原因是什么？ 4．保里不相容原理内容是什么？ 5．基本粒子按其相互作用可分为几类？
二、（10分）当处于基态的氢原子被12.3eV 光子激发后，被激发的氢原子可能产生几条谱线？求出相应谱线的频率（用玻尔理论，不考虑电子自旋）
三、（10分）钇原子基态为2D ，用这种原子进行史特恩—盖拉赫实验时，原子束分裂为4束，求原子基态总磁矩及其在外磁场方向上的投影（结果用玻尔磁子表示）
四、（15分）镉原子在1D 2→1P 1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T 的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。
五、（10分）已知
U
235
的核子的平均结合能为7.572 MeV ，
Sn
117
及
Sn
118
的核子的平均结合能为8.6MeV ，
求
U
235
裂变为两个Sn 核时放出多少能量？平均一个核子释放多少能量？
原子物理学试题（C 卷）标准答案和评分标准
一、选择题（每小题3分，共30分）CBAADCCCAC 二、简述题（每小题4分，共20分）
1．玻尔理论成功之处：定态的概念，能量量子化，辐射频率法则，氢原子光谱五个线系的形成，为量子力学的建立奠定了基础。（2分）
局限性：没有脱离经典物理的框架，量子化条件的引入没有严密的数学证明，不能解释氢原子光谱的强度、宽度等，无法全面地描述原子现象。（2分）
2．．波函数模的平方
()
2
,t r Ψρ表示t 时刻在
dz z z dy y y dx x x +++~,~,~区间单位体元内
发现粒子的几率。（4分）
碱金属原子能级与轨道角量子数有关的原因是原子实的极化、价电子贯穿原子实。（2分）。造成碱金属原子精细能级的原因是价电子的自旋与轨道的相互作用。（2分）
4．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量子态。（4分） 5．光子、轻子、强子（重子、介子）。（4分） 二、（10分）基态的氢原子被12.3eV 光子激发后，跃迁到3=n
的能级。（4分）
被激发的氢原子可能产生3条谱线，相应谱线的频率分别是
Hz
1057.4Hz,1046.2Hz,10918.215
152151?=?=?=λλλ。（6分）
三、（15分）（1）基态2D 的钇原子束在外磁场中分裂为
412=+j 束，由此得
23
=
j ，由
2
D 得
21,2==S L ，求得53=g 。 （5分） （2）B J e J P m e g μμ101532==。 （5分）
（3）
B
e
J
Jz
e
Jz m
e
gM
P
m
e
gμ
μ?
?
?
?
?-
-
=
=
=
10
9
,
10
3
,
10
3
,
10
9
2
2
η
。（5分）
四、（15分）正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位
B
6.
46
1
2
=
?
≈
?
?
?
?
?
?
λ
λ
λ
，则得
A
39
.0
=
?λ（5分）和
A
6438.39
A
6437
A
6437.6＝
，
＝
，
＝
＋
－
λ
λ
λ
（5分）能级跃迁图为（5
分）
五、（10分）一个
U
235
共释放241.6MeV能量。（5分）
平均一个核子释放1.036MeV能量。（5分）
原子物理学总复习指导
名词解释：光谱，氢原子线系，类氢离子，电离电势，激发电势，原子空间取向量子化，原子实极化，轨道贯穿，有效电荷数，电子自旋，磁矩，旋磁比，
拉莫尔进动，拉莫尔频率，朗德g因子，电子态，原子态，塞曼效应，电子组态，LS耦合，jj耦合，泡利原理，同科电子，元素周期表，壳层，原子基态，洪特定则，朗德间隔定则
数据记忆：电子电量，质量，普朗克常量，玻尔半径，氢原子基态能量，里德堡常量，hc，?c，玻尔磁子，精细结构常数，拉莫尔进动频率
著名实验的内容、现象及解释：α粒子散射实验，光电效应实验，夫兰克—赫兹实验，施特恩—盖拉赫实验，碱金属光谱的精细结构，塞曼效应，反常塞曼效应，
理论解释：（汤姆逊原子模型的不合理性），卢瑟福核式模型的建立、意义及不足，玻尔氢原子光谱理论的建立、意义及不足，元素周期表
计算公式：氢原子光谱线系，玻尔理论能级公式、波数公式，角动量表达式及量子数取值（l，s，j），LS 耦合原子态，jj耦合原子态，朗德间隔定则，g因子，塞曼效应，原子基态
谱线跃迁图：精细结构，塞曼效应；电子态及组态、原子态表示，选择定则，
1.同位素：一些元素在元素周期表中处于同一地位，有相同原子序数，这些元素别称为同位素。
2.类氢离子：原子核外只有一个电子的离子，这类离子与氢原子类似，叫类氢离子。
3.电离电势：把电子在电场中加速，如使它与原子碰撞刚足以使原子电离，则加速时跨过的电势差称为电离电势。
4.激发电势：将初速很小的自由电子通过电场加速后与处于基态的某种原子进行碰撞，当电场电压升到一定值时，发生非弹性碰撞，加速电子的动能转变成原子内部的运动能量，使原子从基态激发到第一激发态，电场这一定值的电压称为该种原子的第一激发电势
5.原子空间取向量子化：在磁场或电场中原子的电子轨道只能取一定的几个方向，不能任意取向，一般的说，在磁场或电场中，原子的角动量的取向也是量子化的。
6.原子实极化：当价电子在它外边运动时，好像是处在一个单位正电荷的库伦场中，当由于价电子的电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心会发生微小的相对位移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子，这就是原子实的极化。
7.轨道贯穿：当电子处在原子实外边那部分轨道时，原子实对它的有效电荷数Z是1，当电子处在穿入原子实那部分轨道时，对它起作用的有效电荷数Z就要大于1。
8.有效电荷数：
9.电子自旋：电子既有某种方式的转动而电子是带负电的，因而它也具有磁矩，这个磁矩的方向同上述角动量的方向相反。从电子的观点，带正电的原子实是绕着电子运动的，电子会感受到一个磁场的存在，电子既感受到这个磁场，它的自旋取向就要量子化。（电子内禀运动或电子内禀运动量子数的简称）
10.磁矩：
11.旋磁比：粒子磁动量和角动量的比值。
12.拉莫尔进动：是指电子、原子核和原子的磁矩在外部磁场作用下的进动。
13.拉莫尔频率：f=4ππmv
eB
，式中e和m分别为电子的电荷和质量，μ为导磁率，v为电子的速
度。该频率被称为拉莫尔频率14.朗德g因子：
磁矩
j p m e 2g
j =μ 对于单个电子：
)1(2)
1()1()1(1++++-++
=j j s s l l j j g
对于LS 耦合：式子中的L ，S ，J 是各电子耦合后的数值
15. 塞曼效应：当光源放在足够强的磁场中，所发出光谱的谱线会分裂成几条，而且每条谱线的光是偏振的。
16. 电子组态：价电子可以处在各种状态，合称电子组态。 17. 泡利原理：不能有两个电子处在同一状态。
18. 同科电子：n
*
和l 二量子数相同的电子称为同科电子。
19. 壳层：
20. 原子基态：原子的能量最低状态。
21. 洪特定则：只适合于LS 耦合，从同一电子组态形成的级中，（1）那重数最高的亦即S 值最大的能级位置最低。（2）重数相同即具有相同S 值的能级中，那具有最大L 值的位置最低。
22. 朗德间隔定则：在一个多重能级的结构中，能级的二相邻间隔同有关的二J 值中较大那一值成正比。
数据记忆：电子电量1.602×10－19 C 质量：9.11×10－31kg
普朗克常量：6.63×10－34 J·ｓ
玻尔半径：==2
2
014e m a e ηπε 5.29×10－11 m
氢原子基态能量：E=-13.6ev
里德堡常量：
17100974.1-∞?=m R 17100968.1-?=m R H
hc ?c (
π
2h =
η)
玻尔磁子：
m
s v m e
???==
-290B 101654.12e
ημμ
精细结构常数:：3
-02
107.2972?==hc e a ε
拉莫尔进动频率： f=
4ππmv eB ，式中e 和m 分别为电子的电荷和质量，μ为导磁率，v 为电子的速度。
该频率被称为拉莫尔频率。 理论解释：
1，（汤姆逊原子模型的不合理性），卢瑟福核式模型的建立、意义及不足？
在α散射试验中，平均只有2-3度的偏转，但有1/8000的α粒子偏转大于90度，其中有接近180度的。 模型：原子有带正电的原子核和带负电的电子组成，带正电部分很小，电子在带正电部分外边。 实验现象解释：α粒子接近原子时，它受电子的作用引起的运动改变还是不大（库伦力不大），α粒子
进入原子区域，它还在正电体以外，整个正电体对它起作用，因此受库伦力是
2
02
4Ze 2r πε因为正电部分很
小，所以r 很小，故受的力很大，因此可能产生大角散射。
2，玻尔氢原子光谱理论的建立、意义及不足？
条件：电子只能处于一些分立的轨道，它只能在这些轨道上绕核转动，且不产生电磁辐射。 推导过程：
库仑力提供向心力：
2
2
2
20
41
r mv r Ze =πε （1）
势能=k-
r
Ze 2
41
πε （w=
?
∞
=r
r Ze dr r Ze 2
02
204141
πεπε库仑力做负功故势能增）
故能量
r Ze r Ze mv 2414121E 2
0202πεπε-
=-= （2）
根据轨道量子化条件：π
φ2h
n
mur P == (3)
联立（1）（3）消去v 得
,......3,2,1442
2220==n mZe h n r 其中ππε （4）
令222
0144me h a ππε=
则
Z n a r 2
1
= （5）
把（4）式代入（2）式有E= ........321n )4(me 22220222，，，其中=-h n Z πεπ
氢原子光谱：
● 光谱是线状的，谱线有一定位置。 ● 谱线间有一定的关系 ● 每
一条谱线的波数都可以表达为两光谱项之差，
为整数。其中氢的光谱项是
n n R ),()(2H
n T m T -=-
ν
1，
2
E n R
hc
-= 能级计算公式：R 为里德伯常数
17100974.1-∞?=m R
17100968.1-?=m R H
2，量子化通则：
........3,2,1n nh pdq ?==，
3，电子椭圆轨道半径：长半轴
Z
a n a 12
= 短半轴
Z
a nn
b 1φ
=
;
0,.......,3,2,1;........,321n n r ---==n n n n n n r ，，，表示径量子数，表示角量子数，φφ4，史特恩---盖拉赫实验；其中磁力F
的夹角。是磁矩与磁场方向之间，磁感应强度变化的陡度是沿磁场方向的量，是磁矩在磁场方向的分；其中βμβμμdz
B
dz dB dz dB z
d cos F z ==
βμμcos )(21)(21)(2121S 2222v L dz dB m v L dz dB m v L m F at z ====
5，（1）电子的角动量=轨道角动量+自旋角动量
;j 2s l s l j h
j
P P P P P s l s l j -=+==-+=或其中或π
（2）但是较为准确的角动量计算公式为：
;,2)
1(,2)1(,2)
1(s l j s l j h
j j P h s s P h l l P j s l -=+=+=+=+=或其中故ππ
π
单电子辐射跃迁的选择定则：
1,0,1±=?±=?j l
6，课后习题中两个问题的解释：
主线系最长波长是电子从第一激发态向激发态跃迁产生的，辅线系系限波长是电子从无穷远处像第一激发态跃迁产生的。
7，碱金属原子的光谱项可以表达为：
2
2*)(T ?-=
=
n R
n R
它与氢原子光谱项的差别在于有效量子数不是整数，而是主量子数减去一个数值? 8，
（1）LS 耦合：
，称为三重态
值，相当于有三个能级，共有三个，，时有，对于一个单一态；那就是一个能级，称为时，显然对于，，其中其中；或故或而J 1L L 1L J 1S L J 0S ;
S -L .........,1-S L S L J ,2)1(;
,,.........1,L ,2)1(P 10S s S 2)
1(2121212121+-====++=+=--++=+==-=+=+=π
ππh
J J P l l l l l l h
L L s s S s h
S S P J L S （2）jj 耦合
.
.........,1j j j j J J ,21)J(J P p .2
1
,212121J j j h
p p j s s l s l j j j j --++=+==+-=，，只能有如下数值：
合成原子的总角动量：电子的再和另一个
，每个电子的值，也就是有两个故每个电子有两个而或π
9，原子磁矩的计算：
（1）磁矩
j p m e
2g
j =μ
对于单个电子：
)1(2)
1()1()1(1++++-++
=j j s s l l j j g
(完整版)原子物理学第五章填空判断题(有答案)
第五章增加部分 题目部分，(卷面共有50题,96.0分,各大题标有题量和总分) 一、判断题(16小题,共16.0分) 1．(1分)同一电子组态形成的诸原子态间不发生跃迁。 2．(1分)跃迁可以发生在偶宇称到偶宇称之间。 3．(1分)跃迁只发生在不同宇称之间。 4．(1分)两个s电子一定可以形成1S0和3S1两个原子态。 5．(1分)同科电子形成的原子态比非同科电子形成的原子态少。 6．(1分)镁原子有两套能级，两套能级之间可以跃迁。 7．(1分)镁原子的光谱有两套，一套是单线，另一套是三线。 8．(1分)钙原子的能级是二、四重结构。 9．(1分)对于氦原子来说，第一激发态能自发的跃迁到基态。 10．(1分)标志电子态的量子数中，S为轨道取向量子数。 11．(1分)标志电子态的量子数中，n为轨道量子数。 12．(1分)若镁原子处于基态，它的电子组态应为2s2p。 13．(1分)钙原子的能级重数为双重。 14．(1分)电子组态1s2p所构成的原子态应为1P1和3P2,1,0。 15．(1分)1s2p ,1s1p 这两个电子组态都是存在的。 16．(1分)铍（Be）原子若处于第一激发态，则其电子组态为2s2p。 二、填空题(34小题,共80.0分) 1．(4分)如果有两个电子，一个电子处于p态，一个电子处于d态，则两个电子在LS耦合下L的取值为（）P L的可能取值为（）。 2．(4分)两个电子LS耦合下P S的表达式为（），其中S的取值为（）。3．(3分)氦的基态原子态为（），两个亚稳态为（）和（）。 4．(2分)Mg原子的原子序数Z=12，它的基态的电子组态是（），第一激发态的电子组态为（）。 5．(2分)LS耦合的原子态标记为（），jj耦合的原子态标记为（）。6．(2分)ps电子LS耦合下形成的原子态有（）。 7．(2分)两个电子LS耦合，l1=0，l2=1下形成的原子态有（）。 8．(2分)两个同科s电子在LS耦合下形成的原子态为（）。 9．(2分)两个非同科s电子在LS耦合下形成的原子态有（）。 10．(2分)两个同科s电子在jj耦合下形成的原子态为（）。 11．(4分)sp电子在jj耦合下形成（）个原子态，为（）。12．(2分)洪特定则指出，如果n相同，S（）的原子态能级低；如果n和S均相同，L （）的原子态能级低（填“大”或“小”）。 13．(2分)洪特定则指出，如果n和L均相同，J小的原子态能级低的能级次序为（），否则为（）。 14．(2分)对于3P2与3P1和3P1与3P0的能级间隔比值为（）。 15．(2分)对于3D1、3D2、3D3的能级间隔比值为（）。 16．(2分)郎德间隔定则指出：相邻两能级间隔与相应的（）成正比。 17．(3分)LS耦合和jj耦合这两种耦合方式所形成的（）相同、（）相同，但（）不同。 18．(4分)一个p电子和一个s电子，LS耦合和jj耦合方式下形成的原子态数分别为（）
原子物理选择题(含答案)
原子物理选择题 1. 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z 的关 系图像，下列说法正确的是（B ） ⑴如D 和E 结合成F ，结合过程一定会吸收核能 ⑵如D 和E 结合成F ，结合过程一定会释放核能 ⑶如A 分裂成B 和C ，分裂过程一定会吸收核能 ⑷如A 分裂成B 和C ，分裂过程一定会释放核能 A ．⑴⑷ B ．⑵⑷ C ．⑵⑶ D ．⑴⑶ 2. 处于激发状态的原子，如果在入射光的电磁场的影响下，引起高能态向低能态跃迁，同 时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射，原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理，那么发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量E n 、电子的电势能E p 、电子动能E k 的变化关系是（B ） A ．E p 增大、E k 减小、E n 减小 B ．E p 减小、E k 增大、E n 减小 C ．E p 增大、E k 增大、E n 增大 D ． E p 减小、E k 增大、E n 不变 3. 太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚变成一个α粒子，同时发射两个正 电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为m a ，质子的质量为m p ，电子的质量为m e ，用N 表示阿伏伽德罗常数，用c 表示光速。则太阳上2kg 的氢核聚变成α粒子所放出能量为 （C ） A ．125(4m p —m a —2m e )Nc 2 B ．250(4m p —m a —2m e )Nc 2 C ．500(4m p —m a —2m e )Nc 2 D ．1000(4m p —m a —2m e )Nc 2 4. 一个氘核（H 21）与一个氚核（H 31）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质 量亏损.聚变过程中（B ） A.吸收能量，生成的新核是e H 42 B.放出能量，生成的新核是e H 42 C.吸收能量，生成的新核是He 32 D.放出能量，生成的新核是He 32 5. 一个原来静止的原子核放出某种粒子后，在磁场中形成如图所示 的轨迹，原子核放出的粒子可能是（A ） A.α粒子 B.β粒子 C.γ粒子 D.中子 6. 原来静止的原子核X A Z ，质量为1m ，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变变成质 量为2m 的原子核Y ，α粒子的质量为3m ，已测得α粒子的速度垂直磁场B ，且动能为0E .假设原子核X 衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是（D ） ①核Y 与α粒子在磁场中运动的周期之比为2 2-Z
原子物理学试题汇编
临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题（A卷） 一、论述题25分，每小题5分） 1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。 1．原理：加速电子与处于基态的汞原子发生碰撞非弹性碰撞，使汞原子吸收电子转移的的能量跃迁到第一激发态。处第一激发态的汞原子返回基态时，发射2500埃的紫外光。（3分） 结论：证明汞原子能量是量子化的，即证明玻尔理论是正确的。（2分） 2．泡利不相容原理。 2．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量子态。（5分） 3．X射线标识谱是如何产生的 3．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分） 4．什么是原子核的放射性衰变举例说明之。 4．原子核自发地的发射 射线的现象称放射性衰变，（4分）例子（略）（1分） 5．为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量 5．因为中等质量数的原子核的核子的平均结合能约为大于轻核或重核的核子的平均结合能，故轻核聚变及重核裂变时能放出巨大能
量。（5分） 二、（20分）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。 二、（20分）（1）钠原子基态的电子组态1s22s22p63s；原子基态为2S1/2。（5分） （2）价电子被激发到4s态向基态跃迁时可发出4条谱线。（6分）（3）依据跃迁选择定则1 0, j 1,± = ? ± ?＝ l（3分）能级跃迁图为（6分） 三、（15 耦合时，（1）写出所有 可能的光谱项符号；（2）若置于磁场中，这一电子组态一共分裂出多少个能级（3）这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁 三、（15分）（1）可能的原子态为 1P 1，1D 2， 1F 3； 3P 2，1，0， 3D 3，2，1， 3F 4，3，2。 （7分） （2）一共条60条能级。（5分） （3）同一电子组态形成的原子态之间没有电偶极辐射跃迁。（3分）
原子物理学练习题及答案
填空题 1、在正电子与负电子形成的电子偶素中，正电子与负电子绕它们共同的质心的运动，在n = 2的状态， 电子绕质心的轨道半径等于 nm 。 2、氢原子的质量约为____________________ MeV/c 2。 3、一原子质量单位定义为 原子质量的 。 4、电子与室温下氢原子相碰撞，欲使氢原子激发，电子的动能至少为 eV 。 5、电子电荷的精确测定首先是由________________完成的。特别重要的是他还发现了 _______ 是量子化的。 6、氢原子 n=2,n φ =1与H + e 离子n=?3,?n φ?=?2?的轨道的半长轴之比a H /a He ?=____, 半短轴之比b H /b He =__ ___。 7、玻尔第一轨道半径是0.5291010-?m,则氢原子n=3时电子轨道的半长轴a=_____,半短轴 b?有____个值，?分别是_____?， ??, . 8、 由估算得原子核大小的数量级是_____m,将此结果与原子大小数量级? m 相比, 可以说明__________________ . 9、提出电子自旋概念的主要实验事实是-----------------------------------------------------------------------------和 _________________________________-。 10、钾原子的电离电势是4.34V ，其主线系最短波长为 nm 。 11、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）。 12、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——————————————————————————————————————————————。 13、如果考虑自旋, 但不考虑轨道-自旋耦合, 碱金属原子状态应该用量子数————————————表示，轨道角动量确定后, 能级的简并度为 。 14、32P 3/2→22S 1/2 与32P 1/2→22S 1/2跃迁, 产生了锂原子的____线系的第___条谱线的双线。 15、三次电离铍(Z =4)的第一玻尔轨道半径为 ，在该轨道上电子的线速度 为 。 16、对于氢原子的32D 3/2能级，考虑相对论效应及自旋-轨道相互作用后造成的能量移动与 电子动能及电子与核静电相互作用能之和的比约为 。 17、钾原子基态是4s,它的四个谱线系的线系限的光谱项符号,按波数由大到小的次序分别 是______,______,_____,______. (不考虑精细结构，用符号表示). 18、钾原子基态是4S ，它的主线系和柏格曼线系线系限的符号分别是 _________和 __ 。 19、按测不准关系,位置和动量的不确定量 ?x,x p ? 之间的关系为_____ 。 20、按测不准关系,位置和动量的不确定量 ?E,t ? 之间的关系为_____ 。
原子物理学试题ABC
原子物理学试题（A 卷） 一、选择题（每小题3分，共30分） 1．在同一α粒子源和散射靶的条件下观察到α粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为： A ．4:1 B.2:2 C.1:4 D.1:8 2．欲使处于激发态的氢原子发出αH 线，则至少需提供多少能量（eV ）? A.13.6 B.12.09 C.10.2 D.3.4 3．已知锂原子光谱主线系最长波长为6707埃，辅线系线系限波长为3519埃，则Li 原子的电离电势为： A ．5.38V B.1.85V C.3.53V D.9.14V 4．试判断原子态：1s1s 3S 1,1s2p 3P 2,1s2p 1D 1, 2s2p 3P 2中下列哪组是完全存在的？ A. 1s1s 3S 1 1s2p 3P 2 2s2p 3P 2 B .1s2p 3P 2 1s2p 1D 1 C. 1s2p 3P 2 2s2p 3P 2 D.1s1s 3S 1 2s2p 3P 2 1s2p 1D 1 5．原子在6G 3/2状态,其有效磁矩为： A ． B μ3 15 ； B. 0； C. B μ25； D. B μ215- 6．氖原子的电子组态为1s 22s 22p 6,根据壳层结构可以判断氖原子基态为： Ａ.１Ｐ１； Ｂ.３Ｓ１； Ｃ .１Ｓ０； Ｄ.３ Ｐ０ . 7．原子发射伦琴射线标识谱的条件是： Ａ.原子外层电子被激发；Ｂ.原子外层电子被电离； Ｃ.原子内层电子被移走；Ｄ.原子中电子自旋―轨道作用很强。 8．设原子的两个价电子是p 电子和d 电子,在Ｌ－Ｓ耦合下可能的原子态有： A.4个 ； B.9个 ； C.12个 ； D.15个。 9．发生β+衰变的条件是 A.M (A,Z)＞M (A,Z －1)＋m e ; B.M (A,Z)＞M (A,Z ＋1)＋2m e ; C. M (A,Z)＞M (A,Z －1); D. M (A,Z)＞M (A,Z －1)＋2m e 10．既参与强相互作用，又参与电磁相互作用和弱相互作用的粒子只有： A.强子; B.重子和规范粒子; C.介子和轻子; D.介子和规范粒子 二、填空题（每题4分，共20分） 1．原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中α粒子的____________________。 2．夫—赫实验的结果表明___________________________________。 3．如果原子处于2P 1/2态,它的朗德因子g 值为___________。 4．85 36Kr 样品的原子核数N 0在18年中衰变到原来数目的1/3, 再过18年后幸存的原子核数为_________。 5．碳原子基态的电子组态和原子态分别是________________________。 三、（10分）用简要的语言叙述玻尔理论，并根据你的叙述导出氢原子基态能量表达式。 四、（15分）①已知：35.1=?s ,86.0=?p ,01.0=?d ,求钠原子的电离电势.
原子物理学习题答案(褚圣麟)很详细
1．原子的基本状况 1.1解：根据卢瑟福散射公式： 2 02 22 442K Mv ctg b b Ze Ze αθ πεπε== 得到： 21921501522 12619079(1.6010) 3.97104(48.8510)(7.681010) Ze ctg ctg b K ο θαπεπ---??===??????米 式中2 12K Mv α=是α粒子的功能。 1.2已知散射角为θ的α粒子与散射核的最短距离为 2202 1 21 ()(1)4sin m Ze r Mv θ πε=+ ， 试问上题α粒子与散射的金原子核之间的最短距离m r 多大？ 解：将1.1题中各量代入m r 的表达式，得：2min 202 1 21 ()(1)4sin Ze r Mv θπε=+ 1929 619479(1.6010)1910(1)7.6810 1.6010sin 75ο --???=???+???14 3.0210-=?米 1.3 若用动能为1兆电子伏特的质子射向金箔。问质子与金箔。问质子与金箔原子核可能达到的最 解：当入射粒子与靶核对心碰撞时，散射角为180ο。当入射粒子的动能全部转化为两粒子间的势能时，两粒子间的作用距离最小。 根据上面的分析可得： 22 0min 124p Ze Mv K r πε==，故有：2min 04p Ze r K πε= 1929 13 619 79(1.6010)910 1.141010 1.6010 ---??=??=???米
由上式看出：min r 与入射粒子的质量无关，所以当用相同能量质量和相同电量得到核代替质子时，其与靶核的作用的最小距离仍为131.1410-?米。 1.7能量为3.5兆电子伏特的细α粒子束射到单位面积上质量为22/1005.1米公斤-?的银箔上，α粒 解：设靶厚度为't 。非垂直入射时引起α粒子在靶物质中通过的距离不再是靶物质的厚度't ，而是ο60sin /'t t =，如图1-1所示。 因为散射到θ与θθd +之间Ωd 立体 角内的粒子数dn 与总入射粒子数n 的比为： dn Ntd n σ= (1) 而σd 为：2 sin ) ()41 (4 2 2 22 0θ πεσΩ=d Mv ze d （2） 把（2）式代入（1）式，得： 2 sin )()41(4 22220θπεΩ =d Mv ze Nt n dn (3) 式中立体角元0'0'220,3/260sin /,/====Ωθt t t L ds d N 为原子密度。'Nt 为单位面上的原子数，10')/(/-==N A m Nt Ag Ag ηη，其中η是单位面积式上的质量；Ag m 是银原子的质量；Ag A 是银原子的原子量；0N 是阿佛加德罗常数。 将各量代入（3）式，得： 2 sin )()41(324 22 22 00θπεηΩ=d Mv ze A N n dn Ag 由此，得：Z=47
原子物理学09-10-2 B卷试题
2009—2010学年第2学期《原子物理学》期末试卷 专业班级 姓名 学号 开课系室应用物理系 考试日期2010年6月26日10:00-12:00
说明：请认真读题，保持卷面整洁，可以在反面写草稿，物理常数表在第4页。 一. 填空题(共30空，每空1分，共30分) 1. 十九世纪末的三大发现、、，揭开了近代物理学的序幕。 2. 原子质量单位u定义为。 3. 教材中谈到卢瑟福的行星模型(原子的有核模型)有三个困难，最重要的是它无法解释原子的问题。丹麦科学家玻尔正是为了解决这个问题，在其原子理论引入第一假设，即分离轨道和假设，同时，玻尔提出第二假设, 即假设，给出频率条件，成功解释了困扰人们近30年的氢光谱规律之谜，第三步，玻尔提出并运用，得到角动量量子化、里德堡常数等一系列重要结果。 4. 夫兰克- 赫兹(Franck-Hertz) 实验是用电子来碰撞原子，测定了使原子激发的“激发电势”，证实了原子内部能量是的，从而验证了玻尔理论。氢原子的电离能为eV，电子与室温下氢原子相碰撞，欲使氢原子激发，电子的动能至少为eV。 5. 在原子物理和量子力学中，有几类特别重要的实验，其中证明了光具有粒子性的有黑体辐射、、等实验。 6. 具有相同德布罗意波长的质子和电子，其动量之比为，动能(不考虑相对论效应)之比为。 7. 根据量子力学理论，氢原子中的电子，当其主量子数n=3时，其轨道磁距的可能取值为。
8. 考虑精细结构，锂原子(Li)第二辅线系(锐线系)的谱线为双线结构，跃迁过程用原子态符号表示为 ， 。(原子态符号要写完整) 9. 原子处于3D 1状态时，原子的总自旋角动量为 , 总轨道角动量为 ， 总角动量为 ； 其总磁距在Z 方向上的投影Z μ的可能取值为 。 10. 泡利不相容原理可表述为： 。它只对 子适用，而对 子不适用。根据不相容原理，原子中量子数l m l n ,,相同的最大电子数目是 ；l n ,相同的最大电子(同科电子)数目是 ； n 相同的最大电子数是 。 11. X 射线管发射的谱线由连续谱和特征谱两部分构成，其中，连续谱产生的机制是 ， 特征谱产生的机制是 。 二、选择题(共10小题，每题2分，共20分) 1. 卢瑟福由α粒子散射实验得出原子核式结构模型时，理论基础是： ( ) A. 经典理论； B. 普朗克能量子假设； C. 爱因斯坦的光量子假设； D. 狭义相对论。 2. 假设钠原子(Z=11)的10个电子已经被电离，则至少要多大的能量才能剥去它的 最后一个电子？ ( ) A.13.6eV ； B. 136eV ； C. 13.6keV ； D.1.64keV 。 3. 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。
原子物理学09-10-2 A卷答案
2009—2010学年第2学期《原子物理学》试卷 答案及评分标准 专业班级 姓名 学号 开课系室应用物理系 考试日期2010年6月26日10:00-12:00
一、（共20分）电子、光子、相对论、波粒二象性等概念。 1、（本小题10分）若电子的动能和光子的能量等于电子的静止能量，求（1）电子的运动速度v 为多少倍光速c ，（2）电子的德布罗意波长 λe （nm ）（3）光的波长λγ（nm ），（4）电子与光子的动量之比。 答：（1）电子的动能2k 0E 0.511MeV m c ==总能量 220202MeV 511.0MeV 511.0mc c m c m E E k ==+=+=，得出02m m = …..2分 因为)1(/2 20c m m υ-=，所以电子运动速度2/3c =υ（或0.866c ） …..2分 （2）电子的德布罗意波长 nm 0014.0eV 10511.0732.1nm eV 124032 32//62 00=???== ? = ==c m hc c m h m h p h e υλ .…2分 （3）光的波长61240eV nm 0.0024nm 0.51110eV e c hc h λν ν?= = ==? …..2分 （4 ）电子与光子的动量之比 //e e e p h p h p p γ γγλλ=== …..2分 2、（本小题10分）在康普顿散射中，若入射光子的能量等于电子的静止能量，试求在散射 角度θ=120°方向探测散射光子的能量E γ'（MeV ），以及对应的反冲电子的动量e p （以电子的静止质量m 0和光速c 表示）。 答：入射光子的能量200/E hc m c νλ== ………… …1分 康普顿散射后波长改变量00(1cos )h m c λλλθ'?=-=- 散射光子的能量为： 02 00200///(1cos )1(1cos120)/2 0.40.511MeV 0.2044MeV 1(10.5)5 hc hc E hc h hc m c m c hc m c νλλλθλ''== =+ -+ -?= ==?=++ …… ………4分 电子获得的动能来源于光子能量的减少，电子动能2 2 2 0002/53/5m c m c m c -= ……2分 根据相对论效应：2 2 2 2 2 2 24 000(3/5)E m c m c c p m c =+=+ ……………2分 得电子的动量为0p c = ……………1分
原子物理学习题答案(褚圣麟)
7.2 原子的3d 次壳层按泡利原理一共可以填多少电子？为什么？ 答：电子的状态可用四个量子s l m m l n ,,,来描写。根据泡利原理，在原子中不能有两个电子处在同一状态，即不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。 3d 此壳层上的电子，其主量子数n 和角量子数l 都相同。因此，该次壳层上的任意两个电子，它们的轨道磁量子数和自旋磁量子数不能同时相等，至少要有一个不相等。对于一个给定的l m l ,可以取12;,....,2,1,0+±±±=l l m l 共有个值；对每个给定的s l m m ,的取值是 2 1 21-或，共2个值；因此，对每一个次壳层l ,最多可以容纳）（122+l 个电子。 3d 次壳层的2=l ，所以3d 次壳层上可以容纳10个电子，而不违背泡利原理。 7.4 原子中能够有下列量子数相同的最大电子数是多少？ n l n m l n )3(;,)2(;,,)1(。 答：（1）m l n ,,相同时，s m 还可以取两个值：2 1 ,21-==s s m m ；所以此时最大电子数为2个。 （2）l n ,相同时，l m 还可以取两12+l 个值，而每一个s m 还可取两个值，所以l n ,相同的最大电子数为)12(2+l 个。 （3）n 相同时，在（2）基础上，l 还可取n 个值。因此n 相同的最大电子数是： 21 2)12(2n l N n l =+=∑-= 7.5 从实验得到的等电子体系K Ⅰ、Ca Ⅱ……等的莫塞莱图解，怎样知道从钾Z=19开始不填s d 43而填次壳层，又从钪Z=21开始填s d 43而不填次壳层？ 解：由图7—1所示的莫塞莱图可见，S D 2 2 43和相交于Z=20与21之间。当Z=19和 20时，S 24的谱项值大于D 23的值，由于能量同谱项值有hcT E -=的关系，可见从钾Z=19 起到钙Z=20的S 2 4能级低于D 2 3能级，所以钾和钙从第19个电子开始不是填s d 43而填次壳层。从钪Z=21开始，S 2 4谱项低于D 2 3普项，也就是D 2 3能级低于S 2 4能级，所以，从钪Z=21开始填s d 43而不填次壳层。 7.6 若已知原子阿Ne,Mg,P 和Ar 的电子壳层结构与“理想”的周期表相符，试写出这些原子组态的符号。
原子物理学试题汇编
原子物理学试题汇编 1 临沂师范大学物理系 原子物理期末考试(卷一) (1)弗兰克-赫兹实验的原理和结论。 1.原理:加速电子与基态汞原子之间的碰撞非弹性碰撞，使汞原子吸收4.9电子伏特的电子转移能量并跃迁到第一激发态。当处于第一激发态的汞原子回到基态时，它会发出2500埃的紫外光。(3分) 结论:证明汞原子的能量是量子化的意味着证明玻尔的理论是正确的。(2分) 2.泡利不相容原理。 2.在费米子系统中，两个或更多的费米子不允许处于相同的量子态。(5分) 3.x光识别光谱是如何产生的？ 3.内壳中的电子填充空位产生识别光谱。(5分)4。什么是原子核的放射性衰变？举个例子。 4.原子核的自发发射？？？辐射现象称为放射性衰变，(4分)例(略)(1分) 5.为什么核裂变和核聚变会释放巨大的能量？ 5.因为中等质量数的原子核的平均结合能比轻或重原子核的平均结合能大约8.6兆电子伏，所以轻核聚变和重核裂变可以释放出大量的能量。
2 巨大的能量。(5分) 第二，(20分)写下钠原子基态的电子构型和原子态。如果价电子被激发到4s态，在跃迁到基态的过程中会发射出多少条谱线？试着画一个能级转换图并解释它。 (2)、(20分钟)(1)钠原子基态的电子组态1 s22s 22p 63s；原子基态是2S1/2。(5分) (2)当价电子被激发从4s态跃迁到基态时，它们可以发射4条谱线。(6分)(3分)根据过渡选择规则？l=？1，？j。0，？1 (3分) 能级跃迁图为(6分) 42S1/2 32P3/2 32P1/2 32S1/2 (3)、(15)对于电子构型3p4d，(1)当ls耦合时，写下所有可能的光谱项符号；(2)如果放在磁场中，这个电子构型会分裂成多少能级？(3)在这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁？三，(15点)(1)可能的原子状态是 1 P1，1D2，1F 3；3P2，1，0，3D3，2，1，3F4，3，2 .(7 点数) (2)总共60个能级。(5分) (3)由相同电子构型形成的原子态之间没有偶极辐射跃迁。(3分) 2
原子物理学杨福家1-6章课后习题答案
原子物理学课后前六章答案（第四版） 福家著(高等教育) 第一章：原子的位形：卢瑟福模型 第二章：原子的量子态：波尔模型 第三章：量子力学导论 第四章：原子的精细结构：电子的自旋 第五章：多电子原子：泡利原理 第六章：X 射线 第一章 习题1、2解 1.1 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为 10-4rad. 要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不 动).注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散 射。电子质量用me 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲。α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： （1） ?θααcos cos v m V M V M e +'= （2）
? θ α sin sin 0v m V M e - ' = （3）作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ,得 ) sin( sin ? θ θ α+ =V M v m e （4） ) sin( sin ? θ ? α α+ ='V M V M （5）再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与v， ) ( sin sin ) ( sin sin 2 2 2 2 2 2 2 2 ? θ θ ? θ ? α α α+ + + =V m M V M V M e 化简上式，得 θ ? ? θα2 2 2sin sin ) ( sin e m M + = + （６）若记 α μ M m e = ，可将（６）式改写为 θ ? μ ? θ μ2 2 2sin sin ) ( sin+ = + （７）视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 )] (2 sin 2 sin [ )] sin( 2 [sin? θ ? μ ? θ μ θ ? θ + + - = + - d d 令 = ? θ d d ，则 sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sinθ=0 若 sinθ=0, 则θ=0（极小）（8） （2）若cos(θ+2φ)=0 ,则θ=90o-2φ（9）
原子物理学第二章习题答案
第二章 原子的能级和辐射 试计算氢原子的第一玻尔轨道上电子绕核转动的频率、线速度和加速度。 解：电子在第一玻尔轨道上即年n=1。根据量子化条件， π φ2h n mvr p == 可得：频率 21211222ma h ma nh a v πππν= == 赫兹151058.6?= 速度：61110188.2/2?===ma h a v νπ米/秒 加速度：222122/10046.9//秒米?===a v r v w 试由氢原子的里德伯常数计算基态氢原子的电离电势和第一激发电势。 解：电离能为1E E E i -=∞，把氢原子的能级公式2 /n Rhc E n -=代入，得： Rhc hc R E H i =∞-=)1 1 1(2=电子伏特。 电离电势：60.13== e E V i i 伏特 第一激发能：20.1060.1343 43)2 111(2 2=?==-=Rhc hc R E H i 电子伏特 第一激发电势：20.101 1== e E V 伏特 用能量为电子伏特的电子去激发基态氢原子，问受激发的氢原子向低能基跃迁时，会出现那些波长的光谱线 解：把氢原子有基态激发到你n=2,3,4……等能级上去所需要的能量是： )1 11(22n hcR E H -= 其中6.13=H hcR 电子伏特 2.10)21 1(6.1321=-?=E 电子伏特 1.12)31 1(6.1322=-?=E 电子伏特 8.12)4 1 1(6.1323=-?=E 电子伏特 其中21E E 和小于电子伏特，3E 大于电子伏特。可见，具有电子伏特能量的电子不足以把基
态氢原子激发到4≥n 的能级上去，所以只能出现3≤n 的能级间的跃迁。跃迁时可能发出的光谱线的波长为： ο ο ο λλλλλλA R R A R R A R R H H H H H H 102598 )3 111( 1121543)2 111( 1 656536/5)3 121( 1 32 23 22 22 1221 ==-===-===-= 试估算一次电离的氦离子+ e H 、二次电离的锂离子+ i L 的第一玻尔轨道半径、电离电势、第一激发电势和赖曼系第一条谱线波长分别与氢原子的上述物理量之比值。 解：在估算时，不考虑原子核的运动所产生的影响，即把原子核视为不动，这样简单些。 a) 氢原子和类氢离子的轨道半径： 3 1,2132,1,10529177.0443,2,1,44102 22 01212 2220= ======?==? ?===++++++ ++-Li H H Li H H H He Z Z r r Z Z r r Z Li Z H Z H Z me h a n Z n a mZe n h r e 径之比是因此，玻尔第一轨道半；，；对于；对于是核电荷数，对于一轨道半径；米，是氢原子的玻尔第其中ππεππε b) 氢和类氢离子的能量公式： ??=?=-=3,2,1,)4(222 12 220242n n Z E h n Z me E πεπ 其中基态能量。电子伏特，是氢原子的6.13)4(22 204 21-≈-=h me E πεπ 电离能之比： 9 00,4002 222== --==--+ ++ ++ H Li H Li H He H He Z Z E E Z Z E E c) 第一激发能之比：
关于原子物理学试题
高校原子物理学试题 试卷 一、选择题 1.分别用１MeV的质子和氘核（所带电荷与质子相同，但质量是质子的两倍）射向金箔，它们与金箔原子核可能达到的最小距离之比为： Ａ.1/4; Ｂ.1/2; Ｃ.１; Ｄ.２. 2.处于激发态的氢原子向低能级跃适时，可能发出的谱总数为： A.4; B.6; C.10; D.12. 3.根据玻尔－索末菲理论，n=4时氢原子最扁椭圆轨道半长轴与半短轴之比为： A.1； B.2; C.3; D.4. 4.f电子的总角动量量子数j可能取值为： A.1/2，3/2; B.3/2，5/2; C.5/2，7/2; D.7/2，9/2. 5.碳原子（C，Z＝6）的基态谱项为 A.3P O ; B.3P 2 ; C.3S 1 ; D.1S O . 6.测定原子核电荷数Z的较精确的方法是利用 A.α粒子散射实验; B. x射线标识谱的莫塞莱定律; C.史特恩－盖拉赫实验； D.磁谱仪. 7.要使氢原子核发生热核反应，所需温度的数量级至少应为（K） A.107; B.105; C.1011; D.1015. 8.下面哪个粒子最容易穿过厚层物质？ A.中子； B.中微子； C.光子； D.α粒子 9.在（1）α粒子散射实验，（2）弗兰克－赫兹实验，（3）史特恩－盖拉实验，（4）反常塞曼效应中，证实电子存在自旋的有： A.（1），（2）; B.（3）,（4）; C.（2）,（4）; D.（1）,（3）. 10.论述甲：由于碱金属原子中，价电子与原子实相互作用，使得碱金属原子的能级对角量子数l的简并消除. 论述乙：原子中电子总角动量与原子核磁矩的相互作用，导致原子光谱精细结构. 下面判断正确的是： A.论述甲正确，论述乙错误; B.论述甲错误，论述乙正确; C.论述甲，乙都正确，二者无联系； D.论述甲，乙都正确，二者有联系. 二、填充题（每空2分，共20分） 1．氢原子赖曼系和普芳德系的第一条谱线波长之比为（）. 2．两次电离的锂原子的基态电离能是三次电离的铍离子的基态电离能的（）倍. 3．被电压100伏加速的电子的德布罗意波长为（）埃. 4．钠D 1 线是由跃迁（）产生的. 5．工作电压为50kV的X光机发出的X射线的连续谱最短波长为（）埃. 6．处于4D 3/2 态的原子的朗德因子g等于（）. 7．双原子分子固有振动频率为f，则其振动能级间隔为（）. 8．Co原子基态谱项为4F 9/2 ，测得Co原子基态中包含8个超精细结构成分，则Co核自旋I=（）. 9．母核A Z X衰变为子核Y的电子俘获过程表示（）。 10．按相互作用分类， 粒子属于（）类.
原子物理学第一章习题参考答案
第一章习题参考答案 速度为v的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角-4 约为10rad. 要点分析：碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变，并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动)，注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V，沿X方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射.电子质量用m e表示，碰撞前静止在坐标原点O处，碰撞后以速度v沿φ方向反冲.α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： （1） （3） （2） 作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ，得 （4） （5） 再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与V， 化简上式，得 （６） 若记，可将（６）式改写为 （７）
视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 令，则sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即2cos(θ+2φ)sinθ=0 （1）若sinθ=0则θ=0（极小）（8） （2）若cos(θ+2φ)=0则θ=90o-2φ（9） 将（9）式代入（7）式，有 由此可得 θ≈10弧度（极大）此题得证. （1）动能为的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大（2）如果金箔厚μm，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 解：（1）依和金的原子序数Z 2=79 -4 答：散射角为90o所对所对应的瞄准距离为. (2)要点分析：第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来.90°～180°范围的积分，关键要知道n，问题不知道nA，但可从密度与原子量关系找出注意推导出n值.，其他值从书中参考列表中找. 从书后物质密度表和原子量表中查出Z Au=79，A Au=197，ρ Au=×10kg/m
原子物理学期末考试试卷(E)参考答案
《原子物理学》期末考试试卷（E）参考答案 (共100分) 一．填空题(每小题3分，共21分) 1．7.16?10-3 ----(3分) 2．（1s2s）3S1（前面的组态可以不写）（1分）； ?S=0（或?L=±1，或∑ i i l=奇?∑ i i l=偶）（1分）； 亚稳（1分）。 ----(3分) 3．4；1；0,1,2 ；4；1,0；2,1。 ----(3分) 4．0.013nm (2分) , 8.8?106m?s-1(3分)。 ----(3分) 5．密立根（2分）；电荷（1分）。 ----(3分) 6．氦核 2 4He；高速的电子；光子(波长很短的电磁波)。(各1分) ----(3分) 7．R aE =α32 ----(3分) 二．选择题(每小题3分, 共有27分) 1.D ----(3分) 2.C ----(3分) 3.D ----(3分) 4.C ----(3分) 5.A ----(3分) 6.D 提示： 钠原子589.0nm谱线在弱磁场下发生反常塞曼效应，其谱线不分裂为等间距的三条谱线，故这只可能是在强磁场中的帕邢—巴克效应。 ----(3分) 7.C ----(3分) 8.B ----(3分) 9.D ----(3分)
三．计算题(共5题, 共52分 ) 1．解： 氢原子处在基态时的朗德因子g =2,氢原子在不均匀磁场中受力为 z B z B z B Mg Z B f Z d d d d 221d d d d B B B μμμμ±=?±=-== (3分) 由 f =ma 得 a m B Z =±?μB d d 故原子束离开磁场时两束分量间的间隔为 s at m B Z d v =?=??? ? ? ?212 22 μB d d (2分) 式中的v 以氢原子在400K 时的最可几速率代之 m kT v 3= )m (56.010400 1038.131010927.03d d 3d d 232 232B 2 B =??????=?=??= --kT d z B kT md z B m s μμ (3分) 由于l =0, 所以氢原子的磁矩就是电子的自旋磁矩（核磁矩很小，在此可忽略）， 故基态氢原子在不均匀磁场中发生偏转正好说明电子自旋磁矩的存在。 (2分) ----(10分) 2．解：由瞄准距离公式：b = 22a ctg θ及a = 2 1204z z e E πε得： b = 20012*79 **30246e ctg MeV πε= 3.284*10-5nm. (5分) 22 22 ()()(cot )22 (60)cot 30 3:1(90)cot 45 a N Nnt Nnt b Nnt N N θ σθπθπ?=?==?==? (5分) 3．对于Al 原子基态是2P 1/2：L= 1，S = 1/2，J = 1/2 (1分) 它的轨道角动量大小： L = = (3分) 它的自旋角动量大小： S = = 2 (3分) 它的总角动量大小： J = = 2 (3分) 4．（1）铍原子基态的电子组态是2s2s ，按L －S 耦合可形成的原子态： 对于 2s2s 态，根据泡利原理，1l = 0，2l = 0，S = 0 则J = 0形成的原子态：10S ； (3分) （2）当电子组态为2s2p 时：1l = 0，2l = 1，S = 0，1 S = 0， 则J = 1，原子组态为：11P ； S = 1， 则J = 0，1，2，原子组态为：30P ，31P ，32P ； (3分) （3）当电子组态为2s3s 时，1l = 0，2l = 0，S = 0，1 则J = 0，1，原子组态为：10S ，31S 。 (3分) 从这些原子态向低能态跃迁时，可以产生5条光谱线。 (3分)
原子物理学试题(F卷)
1 宁夏师范学院学院2012——2013学年 《原子物理学》复习试题（F 卷） 说明：（1）本试题共3 页 三 大题，适用于 物理与电子工程学院 物理学专业。 （2）常数表： h = 6.626 ?10-34J ?s = 4.136?10-15eV ?s ；R ∝ = 1.097?107m -1；e = 1.602 ? 10-19C ； N A = 6.022?1023mol -1； hc = 1240eV ?nm ；k = 1.380?10-23J ?K -1 = 8.617?10-5eV ?K ； m e = 9.11?10-31kg = 0.511Mev/c 2 ；m p = 1.67?10-27kg = 938MeV/c 2；a 0 = 0.529?10-10m ； m p = 1.67?10-27kg = 938MeV/c 2 ；μB = 9.274?10-24J ?T -1 = 5.788?10-5eV ?T -； u = 1.66?10-27kg = 931MeV/c 2； e 20 4πε = 1.44eV ?nm 考试时间：120分钟 一、填空题（每小题 3 分，共 21 分） 1．提出电子自旋概念的主要实验事实是_________________________________ 和_________________________________ 。 2．已知He 原子1P 1→1S 0跃迁的光谱线在磁场中分裂为三条光谱线。若其波数间 距为?~v ，则此磁场的磁感应强度B = 。今测得?~.v =-04671cm ， 则B = 特斯拉。 3．二次电离的碳离子（C ++）按其能级和光谱的特点，应属于类 离子；其基态原 子态是_______________；由2s3p P 3 210,,态向2s3s S 31态跃迁可产生 条光谱线。 4．按照电子的壳层结构， 原子中 相同的电子构成一个壳层； 同一壳层中 相同的电子构成一个支壳层。第一、三、五壳层 分别用字母表示应依次是 、 、 。 5．钾原子的电离电势是4.34V ，其主线系最短波长为 nm 。 6．泡利不相容原理的内容表示为： 。 7．α衰变的表达式为： ; α衰变发生的条 件为： 。 二、选择题（每小题 3 分，共 27 分） 1．碱金属原子能级的双重结构是由于下面的原因产生：( ) A. 相对论效应; B. 原子实极化; C. 价电子的轨道贯穿; D. 价电子自旋与轨道角动量相互作用。 2．由状态2p3p 3 P 到2s2p 3 P 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。 3．对氢原子,考虑精细结构之后,其赖曼系一般结构的每一条谱线应分裂为：（ ） A. 2条; B. 3条; C. 5条; D. 不分裂。 4．卢瑟福由α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：（ ） 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。 5．原子中轨道磁矩μL 和轨道角动量L 的关系应为：（ ） A .;μL e e m = L B .;μL e e m = 2L C .;μL e e m =-2L D ..μL e e m =-L 。