原子物理学 部分习题答案（杨福家）第四版.ppt

【原子物理学】是物理学的一个重要分支，主要研究原子的结构、性质以及它们与电磁辐射的相互作用。在《原子物理学》部分习题答案（杨福家）第四版中，涉及了多个关键概念和计算。 1. **能级与频率的关系**： 依据波尔理论，原子中的电子在不同能级间跃迁会发出或吸收特定频率的光。光的频率（ν）和波长（λ）可以通过以下公式计算： \[ ν = \frac{E_n - E_m}{h} \] \[ λ = \frac{c}{ν} \] 其中，E_n 和 E_m 分别是电子跃迁前后的能量，c 是光速，h 是普朗克常数。习题中的计算展示了如何利用这些公式来求解具体问题。 2. **类氢原子**： 类氢原子是指具有一个电子的离子，如 He+(Z=2) 和 Li++(Z=3)。这些离子的能级结构与氢原子相似，可以用里德伯公式来描述，其中 Z 表示原子的核电荷数。题目中给出了 r（轨道半径）和 v（速度）的计算，以及结合能和激发能的计算。 3. **结合能与激发能**： 结合能是电子在基态时与原子核结合所需能量的负值，表示为 E_b。激发能是从基态跃迁到更高能级所需的能量，表示为 E_{exc}。结合能和激发能的计算涉及量子力学中的波恩-奥本海默近似和库仑势能。 4. **光谱选择定则**： 在原子光谱中，某些特定的跃迁是允许的，称为选择定则。例如，2-32-72-82-11选择定则描述了电子在不同能级间的跃迁。这些规则是基于电子角动量的量子数变化。 5. **钠原子的共振线**： 钠原子的共振线是其特征谱线之一，对应于电子从某一能级跃迁到基态时释放的光。波长可以通过波尔理论计算得到，例如题目中给出了钠原子的共振线波长。 6. **晶格常数与晶面间距**： 在固态物理中，晶格常数（a）和晶面间距（d）是描述晶体结构的重要参数。3-3部分涉及到通过布拉格定律来计算特定晶面的反射角。 7. **不确定度原理**： 海森堡的不确定度原理指出，粒子位置（Δx）和动量（Δp）的不确定性之间存在基本限制，即 ΔxΔp ≥ ħ/2。在3-7的讨论中，利用这个原理估算电子的最小动能，并分析了这个动能对原子结构的影响。 8. **电子束缚能**： 在3-8部分，电子被束缚在原子核附近时，其最小动能可以通过不确定度关系来估算。这是量子力学中理解原子稳定性的重要方面。 9. **波函数与概率分布**： 3-11和3-12探讨了氢原子在不同能级时的波函数，比如1S和2P态。波函数可以给出电子在空间中出现的概率分布，以及电荷密度的极大值条件。 10. **量子数与能级**： 4-14和4-3涉及了更高的量子数，如l和j，它们定义了多电子原子的能级结构。玻尔磁子和朗德因子与原子在磁场中的行为有关，影响原子的光谱。 这部分习题涵盖了原子物理学的基础概念，包括能级、跃迁、光谱、固体物理的晶格结构，以及量子力学中的波函数和不确定性原理等。通过解决这些问题，学生可以深入理解原子的微观世界。