《原子物理第四版》这本书包含了原子物理的重要概念和计算,主要涉及原子结构、能级、光谱以及量子力学的基本原理。资源分为八部分,但第一章的内容未提供,从第二章到第六章都有涵盖。
在原子物理学中,光谱是研究原子能级结构的关键。例如,给出的频率和波长的转换关系揭示了电磁辐射与物质相互作用的规律。根据普朗克公式,能量E=hν,其中h是普朗克常数,ν是频率;同时,波长λ=c/ν,c是光速。通过这些公式,我们可以计算出不同能量级别的跃迁对应的光谱线。
2-1部分提到了类氢原子,如He+(Z=2)和Li++(Z=3)的半径r和速度v。类氢原子是指具有类似氢原子结构的多电子原子,其中Z表示原子序数。类氢原子的能级计算可以使用玻尔模型进行扩展,考虑更强的库仑势场。
2-2部分涉及了He+(Z=2)和Li++(Z=3)基态和第一激发态的结合能及激发能。结合能是电子被束缚在原子核周围的能量,而激发能则是电子从一个能级跃迁到另一个能级所需的能量。这里使用了公式E_n = -13.6 eV/Z^2来计算基态结合能,而激发能ΔE = E_n2 - E_n1。
2-3部分介绍了光谱选择定则,如3d3p、3s4s、4p等,这些规则指导我们理解原子吸收或发射特定波长光的机制。
2-14部分讨论了钠原子的共振线波长,这是通过电子在不同能级间的跃迁产生的。钠原子的基态电子电离能和从基态到第一激发态的激发能也可以计算得出,这对于理解和分析原子光谱至关重要。
3-1至3-8部分涵盖了固体物理的内容,如布拉格定律(2dsinθ=nλ),用于计算晶体结构中的晶面间距d和晶格常数a。同时,还讨论了电子的动量不确定度和相对论效应,这在理解原子内部电子行为时非常重要。
3-11至3-13部分则深入到量子力学的细节,如氢原子的波函数和电子在原子核周围分布的概率密度。例如,1S态和2P态的波函数分别给出了电子在特定区域出现的概率,以及电荷密度的极大值条件。
4-1至4-3部分涉及了更复杂的量子数,如l、j、S和自旋,这些都是描述原子中电子状态的重要参数。例如,2D3/2和6G3/2态分别对应不同的量子数组合,这与原子的光谱线和磁性质紧密相关。
《原子物理第四版》的内容丰富多样,涵盖了从基本的量子理论到复杂的原子结构和固体物理的多个方面,是学习和理解原子世界不可或缺的资源。通过习题答案,学生可以巩固所学知识,深化对原子物理的理解。