近代物理学习题

近代物理

一、填空题

1.

2.

3.

4. 氢原子的电离能是eV ． 锂的四个光谱线系分别为（ ）。 。 α粒子散射实验中，偏转角的取值范围（ ）氢原子光谱的帕邢线系的波数可以表达为（ ）

5. 当n =1时，氢原子的电子轨道半径为a 1，能量为E 1；若n =6时，电子轨道半径为

（ ），能量为（ ）。

6. 物理学界建立的包括强相互作用、和的“标准模型”理论，成

为粒子物理学的基本理论．日本科学家南部阳一郎，因发现亚原子物理的 ；

小林诚和益川敏英则因有关 的发现共同分享 2008 年诺贝尔物理学奖．他们

的研究成果成为人类对物质最深处探索的一个新里程碑．

7. 自然界的四种相互作用包括、、电磁相互作

用和弱相互作用．基本粒子按其相互作用可分为 、轻子和 ．

8. 里德堡原子是指．．

9. 卢瑟福提出核式结构模型的主要依据是．

10. 电子自旋假设提出的实验基础有、、和 ．

11. 分子的近红外谱是由分子的产生的．

12. 夫兰克—赫兹实验证明了．

13. 电子显像管在20千伏的加速电压下，产生的X 射线的最短波长是nm ．

14. 氢的巴耳末系的最长波长为；氢的电离能是．

15. 电子耦素的里德堡常数是．

16. L = 1，S = 1/2，J = 1/2，其光谱项是．

C 中每个核子的平均结合能 ．17. 11H 和01n 的质量分别为.1.0078252u 和1.0086654u , 则12 6

18. 某放射性核素的衰变常数为λ，则其半衰期为，平均寿命为

19. 原子物理学、原子核物理学和粒子物理学这三个学科反映了物质微观结构的不同层次和微

观粒子能量变化的尺度有关．原子物理学的能量变化尺度是 eV ，原子核物理学的能量变

化尺度是 ，粒子物理学的能量变化尺度是 甚至已接近 TeV ．

20. 同科电子是指； nl 次壳

层上能容纳的电子数最多为 个．

21. 人类历史上第一次人工实现的核反应是．

22. 碱金属原子能级与轨道角量子数有关的原因是；造成碱金属

原子精细能级的原因是 ；造成氢原子光谱精细结

构（不考虑蓝姆移动）的原因是 ．

23. 电子的自旋角动量为ħ；在外场方向(z 方向) 的投影为；自

旋磁矩为 μB ．

24. 电子显像管在20千伏的加速电压下，产生的X 射线的最短波长是 25. 11H 和01n 的质量分别为.1.0078252 u 和1.0086654 u ，则 126C 中每个核子的平均结合能 ．

26. 某放射性核素的衰变常数为λ，则其半衰期为，平均寿命为

27. 双原子分子的纯转动谱，其波数间隔为

28. Na 的价电子态为3p ，考虑精细结构，其原子态为（ ）。

29. 电子组态为2p 2p ，LS 耦合时可以形成的原子态为（ ）。

30. 电子组态为2p 3s ，JJ 耦合时可以形成的原子态为（ ） 。

31. LS 耦合中，不同组态发生跃迁的选择定则为（ ）。

32. 在外磁场中，原子态2P 3，朗德因子g =（ ），能级可分裂成（ ）层。

2

33. 氧原子在基态时的电子组态为（ ），原子基态为（ ）。

34. 氢原子能级形成精细结构（不考虑蓝姆移动）的原因是．

35. 氢的电离能是eV 。

36. 根据玻尔理论，若将氢原子从基态激发到 n = 5 的状态，则可能出现的谱线分属

个线系.

37. 量子数n = 4 的主壳层最多能容纳的电子数为 个。

38. 人类历史上第一次人工实现的核反应是。

39. 一个S 电子和一个P 电子在L-S 耦合下，形成的原子态

40. 碱金属原子漫线系的第一条精细结构光谱线(2D 3/2→2P 3/2) 在磁场中发 生塞曼分裂，沿磁

场方向拍摄到的光谱线条数为 条，垂直于磁场的方向来观察拍摄到的光谱线

条数为 条．

41. 物理学中存在四种基本相互作用，它们按相互作用的相对强度从小到 大的排序是。 42. 208P b 核的半径是 。

43. 分子的能量由三部分构成，按从大到小的排列顺序是。

44. 卢瑟福提出核式结构模型的主要依据是．

45. 电子自旋假设提出的实验基础有和 ．

46. 夫兰克—赫兹实验证明了．

47. 原子发射伦琴射线标识谱的条件是．

48. 处于基态的氢原子被能量为12.09 eV的光子激发后，其轨道半径增为原来的

49. L = 1，S = 1/2，J = 1/2，其光谱项是．

C 中每个核子的平均结合能 ．50. 11H 和01n 的质量分别为.1.0078252u 和1.0086654u , 则12 6

51. 发生 β + 衰变的条件是 ．

52. 量子数n = 4 的主壳层最多能容纳的电子数为 个．

53. 某放射性核素的半衰期为2年，经8年衰变掉的核数目是尚存的核数目的

54. 一个s 电子和一个p 电子在L-S 耦合下，形成的原子态有．

55. 造成碱金属原子能级和氢原子能级不同的原因是

56. 当K 壳层的空位向L,M ┅壳层跃迁时所形成的精细结构谱线是从原子状态向 和 的跃迁，其中每条谱线都是 结构，所有谱线

则组成 线系．

57. 氢原子光谱的帕邢线系的波数可以表达为（ ）

58. 当n =1时，氢原子的电子轨道半径为a 1，能量为E 1；若n =6时，电子轨道半径为

（ ），能量为（ ）。

59. Na 的价电子态为3p ，考虑精细结构，其原子态为（ ）。

60. 电子组态为2p 2p ，LS 耦合时可以形成的原子态为（ ）。

61. 电子组态为2p 3s ，JJ 耦合时可以形成的原子态为（ ） 。

62. LS 耦合中，不同组态发生跃迁的选择定则为（ ）。

63. 在外磁场中，原子态2P 3，朗德因子g =（ ），能级可分裂成（ ）层。

2

64. 镁原子在基态时的电子组态为（ ），原子基态为（ ）。

65. 钾的价电子态为5p ，考虑精细结构，其原子态为（ ）。

66. 用α粒子轰击一个氮原子核14N 放出一个质子，写出核反应方程式（ ）。 67. JJ 耦合中，不同组态发生跃迁的选择定则为（ ）。

68. 有2种原子，在基态时其电子壳层是这样填充的：（1）n=1壳层、n=2壳层和3s 次壳层都

填满，3p 次壳层填了5个电子，这种原子的原子序数为（ ）；（2）n=1壳层、n=2壳层、n=3壳层及4s 、4p 次壳层都填满，这种原子的原子序数为（ ）。

69. 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（ ）。

70. 判断题

a) 史特恩－盖拉赫实验说明了原子轨道与自旋发生作用，产生能级分裂。( )

b) 史特恩- 盖拉赫实验说明了原子空间取向的量子化。（ ）

c) 任何原子和分子的里德伯常数都是相同的。（ ）

d) 康普顿散射时射线波长的改变与原来波长的大小无关，只与散射角有关。（ ） e) 原子的壳层结构中，在d 态上最多可以填10个电子。（ ）

f) 氦三能级中3p 0, 1, 2能级倒转。（ ）

g) 泡利原理是指：不能有2个原子处在同一状态。（ ） h) 原子实的极化和轨道贯穿对原子的能量没有影响。（ ）

i) α粒子散射实验中，偏转角与瞄准距的关系为cot

j)

k)

l)

m)

n)

o)

θ2=2πεMv 022Ze b 。（ ） 氢原子光谱形成的精细结构（不考虑蓝姆移动）是由于相对论修正和原子实极化、轨道贯穿有关。（ ） 原子的壳层结构中，在p 态上最多可以填6个电子。（ ） 原子发射伦琴射线标识谱的条件是原子内层电子被移走。（ ） 史特恩－盖拉赫实验说明了原子轨道与自旋发生作用，产生能级分裂。（ ） 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5.38V 。（ ） 欲使处于激发态的氢原子发出H α线，则至少需提供12.09 eV的能量。（ ）

二、单选题

1. 提出电子自旋概念的实验基础是

A ．史特恩－盖拉赫和弗兰克－赫兹实验 B ．光谱的精细结构和弗兰克－赫兹实验

C ．光谱的精细结构和戴维逊－革末实验 D ．光谱的精细结构和史特恩－盖拉赫实验 2. 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

3. 提出电子自旋概念的实验基础是 ( )

A 史特恩－盖拉赫和弗兰克－赫兹实验；

B 光谱的精细结构和弗兰克－赫兹实验；

C 光谱的精细结构和戴维逊－革末实验 ；

D 光谱的精细结构和史特恩－盖拉赫实验．

4. 在α粒子散射实验中，若把α粒子换成质子，要想得到与α粒子相同的角分布，在散射

物不变的条件下，则必须使 ( )

A. 质子的速度与α粒子相同； B. 质子的能量与α粒子相同；

C. 质子的速度是α粒子的一半； D. 质子的能量是α粒子的一半．

5.

6.

7. 某个中性原子的电子组态是1s 22s 22p 63s 3p ，此原子是 ( ) A. 处于基态的碱金属原子； B. 处于激发态的碱金属原子； C. 处于基态的碱土金属原子； D. 处于激发态的碱土金属原子． 考虑电子自旋，碱金属原子光谱中每一条谱线分裂成两条且两条线的波数间隔随波数增

加而减少的线系是 ( )

A ．主线系； B ．锐线系； C ．漫线系； D ．基线系．

8. B 原子态2P 1/2对应的有效磁矩(g =2/3) 是 ( ) A. 3

3μB ； B. 23μB ； C. 23μB ； D. 22μB ．

9. 已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子结构的“正电子素”．则

“正电子素”由第一激发态向基态跃迁时发射的光谱波长为

A ．3R ∞/8 B ．8/3R ∞ C ．3R ∞/4 D ．4/3R ∞

10. 考虑电子自旋，碱金属原子光谱中每一条谱线分裂成两条且两条线的波数间隔随波数增

加而减少的线系是 ( )

A ．主线系 B ．锐线系 C ．漫线系 D ．基线系

11. 某原子在 6G 3/2 状态，其有效磁矩为

A ．3μB B ．0 C ．52μB D ．-2μB

12. 使窄的原子束按照施特恩—盖拉赫实验的方法通过不均匀的磁场，若原子处于5F 1态，则

原子束分裂成

A. 不分裂 B. 3条 C. 5条 D. 7条

13. 考虑电子自旋，碱金属原子光谱中每一条谱线分裂成两条且两条线的波数间隔随波数增

加而减少的线系是

A ．主线系 B ．锐线系 C ．漫线系 D ．基线系

14. 锂原子从3P 态向基态跃迁时，产生多少条被选择定则允许的谱线（不考虑精细结构）?

A.1条 B.3条 C.4条 D.6条

15. 按洪特定则，由电子组态p 4所形成的原子态中能量最低的态是

A ．3P 0 B ．3D 1 C ．1S 0 D ．3P 2

16. 动能为1兆电子伏特的质子射向静止的金原子核（Z=79）时．可能达到的最小距离为

A. 1.14×10 -14 m B. 1.14×10 -13 m C . 1.14×10 -15 m D. 1.14×10 -18 m.

三、简答题

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

泡利不相容原理和能量最低原理。 玻尔理论的成功之处和局限性及其原因． 为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量？ 夫兰克—赫兹实验的原理和结论． X 射线标识谱是如何产生的？ 对应原理． 什么叫核力？核力具有哪些主要性质？

四、计算题

1.

2. 用能量为12.5 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级跃迁时, 会出现哪些波长的光谱线? Na 原子的基态3S 。已知其共振线波长为5893A ，漫线系第一条的波长为8193A ，基线

οοοο系第一条的波长为18459A ，主线系的系限波长为2413A 。试求3S 、3P 、3D 、4F 各谱

项的项值。

3.

4. 写出钠原子基态的电子组态和原子基态光谱项．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． Na 原子3P →3S 跃迁的精细结构为二条，波长分别为5895.93 Å和5889.96 Å．试求出原能级2p 32在磁场中分裂后的最低能级与2p 1

感应强度B ． 2分裂后的最高能级相并合时所需要的磁

5.

6.

7.

8.

9. 写出碳 6 C 原子基态的电子组态，并利用 L-S 耦合确定基态光谱项． 写出氮7 N 原子基态的电子组态，并利用 L-S 耦合确定基态光谱项． 写出氧原子基态的电子组态，并利用 L-S 耦合确定基态光谱项． 试写出S i (Z =14) 的电子组态和原子基态。 铁 26Fe 原子基态的电子组态为：1s 22s 22p 63s 23p 64s 23d 6，确定Fe 原子的基态光谱项． 10. 已知氦原子的一个电子被激发到2p 轨道，而另一个电子还在1s 轨道．试作出能级跃迁

图来说明可能出现哪些光谱线跃迁？

11. K 原子共振线波长7665 Å，主线系的系限波长为2858 Å．已知K 原子的基态4S ．试求

4S 、4P 谱项的量子数修正项∆s ，∆p 值各为多少？

12. 锂原子的基态是2S ，当处于3D 激发态的锂原子向低能级跃迁时，可能产生几条谱线（不

考虑精细结构）？这些谱线中哪些属于你知道的那些谱线系？写出所属谱线系的名称及波数表达式．试画出有关的能级跃迁图，在图中标出各能级的光谱项符号，并用箭头标出各种可能的跃迁．

13. He 原子的两个电子处在2p3d 电子组态．问可能组成哪几种原子态? 用原子态的符号表示

之．已知电子间是LS 耦合．

14. 已知氦原子的一个电子被激发到2p 轨道，而另一个电子还在1s 轨道。试作出能级跃迁

图来说明可能出现哪些光谱线跃迁？

15. 已知一对正负电子绕其共同的质心转动会暂时形成类似于氢原子结构的“正电子

素”．试计算“正电子素”由第一激发态向基态跃迁发射光谱的波长λ为多少Å？ 16. Na 原子的基态3S 。已知其共振线波长为5893A ，漫线系第一条的波长为8193A ，基线

οοοο系第一条的波长为18459A ，主线系的系限波长为2413A 。试求3S 、3P 、3D 、4F 各谱

项的项值。

17. Na 原子的S 、P 、D 项的量子修正值ΔS = 1.35，ΔP = 0.86．把谱项表达成 R (Z -σ) 2n 2 形

式，其中Z 是核电荷数．试计算3S 、3P 项的σ分别为何值？并说明σ的物理意义． 18. 锌原子（Z=30）的最外层电子有两个，基态时的组态是4s4s 。当其中有一个被激发，考

虑两种情况：（1）那电子被激发到5s 态；（2）它被激发到4p 态。试求出LS 耦合情况下这两种电子组态分别组成的原子状态。画出相应的能级图。从（1）和（2）情况形成的激发态向低能级跃迁分别发生几种光谱跃迁（在图中标出）？

19. 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．

20. 氢与其同位素氘（质量数为2）混在同一放电管中，摄下两种原子的光谱线．试问其巴耳

末系的第一条（H α）光谱线之间的波长差∆λ有多大？已知氢的里德伯常数R H =1. 0967758⨯10米7-1，氘的里德伯常数R D =1. 0970742⨯107米-1．

21. 锂原子的基态是2S ，当处于3D 激发态的锂原子向低能级跃迁时，可能产生几条谱线（不

考虑精细结构）？这些谱线中哪些属于你知道的那些谱线系？写出所属谱线系的名称及波数表达式．试画出有关的能级跃迁图，在图中标出各能级的光谱项符号，并用箭头标出各种可能的跃迁．

22. 已知氦原子的一个电子被激发到2p 轨道，而另一个电子还在1s 轨道．试作出能级跃迁

图来说明可能出现哪些光谱线跃迁？

23. 已知Li 原子光谱主线系最长波长λ = 6707 Å，辅线系系限波长λ ∞ = 3519 Å．求锂原子第

一激发电势和电离电势．

24. 在平行于磁场方向观察到某光谱线的正常塞曼效应分裂的两谱线间波长差

Å．所用的磁场的B 是2.5特斯拉，试计算该谱线原来的波长． Δλ = 0.40

25. 试问二次电离的锂离子L ++

i 从其第一激发态向基态跃迁时发出的光子，是否有可能使处于

基态的一次电离的氦粒子H e +的电子电离掉？

26. Li 原子的基态项为2S 。当把Li 原子激发到3P 态后, 问当Li 从3P 激发态向低能级跃

迁时可能产生哪些谱线。（画出能级图和跃迁光谱）

27. Li 漫线系的一条谱线(3

能级跃迁图。 2D 3/2→2P 1/2) 2在弱磁场中将分裂成多少条谱线？试作出相应的

28. 铝（Al ）被高速电子束轰击而产生的连续

到其标志谱K 系线？ X 光谱的短波限为5A 。问这时是否也能观察ο

29. 某X 光机的高压为10 万伏， 问发射光子的最大能量多大？算出发射X 光的最短波长。 30. 试计算1克235U 裂变时全部释放的能量约为等于多少煤在空气中燃烧所放出的热能（煤

的燃烧约等于33⨯106焦耳/千克；1MeV =1. 6⨯10-13焦耳）。

31. 锌原子（Z=30）的最外层电子有两个，基态时的组态是4s4s 。当其中有一个被激发，考

虑两种情况：（1）那电子被激发到5s 态；（2）它被激发到4p 态。试求出LS 耦合情况下这两种电子组态分别组成的原子状态。画出相应的能级图。从（1）和（2）情况形成的激发态向低能级跃迁分别发生几种光谱跃迁（在图中标出）？

32. Pb 原子基态的两个价电子都在6p 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Pb 原子可能有哪些状态？

33. 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．

34. 写出S （16）原子的电子组态，LS

耦合时可以形成的原子态，并指出哪一个是原子基态。

五、

1.

2.