近代物理概論

1、1、什么是量子物理學(xué)？量子物理學(xué)包含兩個(gè)層次：一個(gè)是原子層次的物質(zhì)理論：量子力學(xué)，正是它 我們才能理解和操縱物質(zhì)世界；另一個(gè)是量子場(chǎng)論，它在科學(xué)中起到一個(gè)完全不 同的作用。2、什么是量子力學(xué)？量子力學(xué)(Quantum Mechanics)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué) 科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì) 的基礎(chǔ)理論，它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。3、經(jīng)典物理在原子光譜面前是怎樣失效的？為了解釋氫原子的線光譜，必須研究氫原子的結(jié)構(gòu)，如果從盧瑟福的原子核 式模型出發(fā)，那么根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，電子的旋轉(zhuǎn)將引起電磁輻射。因此，電子 的軌道半徑會(huì)越來

2、越小，最后掉入核里，正負(fù)電荷中和，原子發(fā)生坍縮，可以證 明在這一過程中，電子的旋轉(zhuǎn)頻率不斷增加，輻射的波長(zhǎng)也相應(yīng)地連續(xù)改變，那 么原子光譜應(yīng)是連續(xù)譜?？墒菍?shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻不是這樣，經(jīng)典物理在原子光譜面前失 效了。4、為了解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，玻爾提出了哪三條基本假設(shè)？.定態(tài)假設(shè)：電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只在某些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，在這 些軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然有加速度，但不向外輻射能量，每一個(gè)軌道對(duì)應(yīng)一個(gè)定態(tài)， 而每一個(gè)定態(tài)都與一定的能量相對(duì)應(yīng)；.頻率條件：電子并不永遠(yuǎn)處于一個(gè)軌道上，當(dāng)它吸收或放出能量時(shí)，會(huì) 在不同軌道間發(fā)生躍遷，躍遷前后的能量差滿足頻率法則；.角動(dòng)量量子化假設(shè)：電子處于上述定態(tài)時(shí)，角

3、動(dòng)量L=mvr是量子化的. 什么是光電效應(yīng)？光照射到金屬上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光變致電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱 為光電效應(yīng)。5、光電效應(yīng)具有哪些實(shí)驗(yàn)規(guī)律？.每一種金屬在產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)都存在一極限頻率(或稱截止頻率)，即 照射光的頻率不能低于某一臨界值。相應(yīng)的波長(zhǎng)被稱做極限波長(zhǎng)(或稱紅限波 長(zhǎng))。當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，無論多強(qiáng)的光都無法使電子逸出。.光電效應(yīng)中產(chǎn)生的光電子的速度與光的頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)無關(guān)。.光電效應(yīng)的瞬時(shí)性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流。 響應(yīng)時(shí)間不超過十的負(fù)九次方秒(1ns)。.入射光的強(qiáng)度只影響光電流的強(qiáng)弱，即只影響在單位時(shí)間單位面積內(nèi)逸 出的光電

4、子數(shù)目。在光顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，即一定 顏色的光，入射光越強(qiáng)，一定時(shí)間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)目越多。6、什么是波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋？波函數(shù)模的平方代表某時(shí)刻t在空間某點(diǎn)(x,y,z)附近單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)粒子的 概率，即101 2代表概率密度。7、什么是德布羅意波統(tǒng)計(jì)解釋？從粒子的觀點(diǎn)看，衍射圖樣的出現(xiàn)，是由于電子不均勻地射向照相底片各 處形成的，有些地方電子密集，有些地方電子稀疏，表示電子射到各處的概率是 不同的，電子密集的地方概率大，電子稀疏的地方概率小。從波動(dòng)的觀點(diǎn)來看，電子密集的地方表示波的強(qiáng)度大，電子稀疏的地方表 示波的強(qiáng)度小，所以，某處附近電子出現(xiàn)的概率就反映了在該處德布羅

5、意波的強(qiáng) 度。對(duì)電子是如此，對(duì)其它粒子也是如此。普遍地說，在某處德布羅意波的振幅平方是與粒子在該處出現(xiàn)的概率成正 比的。8、什么是經(jīng)典波？什么是德布羅意波？二者有何不同？經(jīng)典波包括機(jī)械波和電磁波，是宏觀上主要顯示波性的波。機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)在空間的傳播電磁波由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)， 其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動(dòng)量。德布羅意波是對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)描述，它的振幅的平方表示粒子出 現(xiàn)的概率，是概率波，這種微觀粒子的運(yùn)動(dòng)主要顯示粒性。9、什么是自由粒子？自由粒子是一種特殊的力學(xué)體系，它的動(dòng)量、能量不隨時(shí)間和空間位置改變。10、什么是主量子數(shù)？主

6、量子數(shù)n是和能量有關(guān)的量子數(shù)。原子具有分立能級(jí)，能量只能取一系列 值，每一個(gè)波函數(shù)都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的能量。氫原子以及類氫原子的分立值為： En=-1/n*2x2.18x10*(-18)J，n越大能量越高電子層離核越遠(yuǎn)。主量子數(shù)決定了電 子出現(xiàn)的最大幾率的區(qū)域離核遠(yuǎn)近，決定了電子的能量。N=1，2, 3, .；常 用K、L、M、N表示。11、什么是角量子數(shù)？角量子數(shù)l是和能量有關(guān)的量子數(shù)。電子在原子中具有確定的角動(dòng)量L，它 的取值不是任意的，只能取一系列分立值，稱為角動(dòng)量量子化L=W(l+1) (h/2n)， 1=0，1，2, .(n-1)。l越大，角動(dòng)量越大，能量越高，電子云的形狀也不同。 1=0，

7、1，2，常用s，p，d，f，g表示，簡(jiǎn)單的說就是前面說的電子亞層。 角量子數(shù)決定了軌道形狀，所以也稱未軌道形狀量子數(shù)。s為球型，p為啞鈴型， d為花瓣，f軌道更為復(fù)雜。12、什么是磁量子數(shù)？磁量子數(shù)m是和電子能量無關(guān)的量子數(shù)。原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道角動(dòng) 量，在外磁場(chǎng)方向上的分量是量子化的，并由量子數(shù)m決定，m稱為磁量子數(shù)。 對(duì)于任意選定的外磁場(chǎng)方向Z，角動(dòng)量L在此方向上的分量LZ只能取一系列 分立值，這種現(xiàn)象稱為空間量子化。LZ=mh/2n，m=0，1，2.1。磁量子 數(shù)決定了原子軌道空間伸展方向，即原子軌道在空間的取向，s軌道只有一個(gè)方 向(球)，p軌道有3個(gè)方向，d軌道5個(gè)，f軌道7個(gè).

8、。1相同，m不 同即形狀相同空間取向不同的原子軌道能量是相同的。不同原子軌道具有相同能 量的現(xiàn)象稱為能量簡(jiǎn)并。13、什么是自旋磁量子數(shù)？粒子的自旋也產(chǎn)生角動(dòng)量，其大小取決于自旋磁量子數(shù)(ms)。電子自旋角 動(dòng)量是量子化的其值為L(zhǎng)s=s(s+1) (h/2n)，s= 1/2，s為自旋量子數(shù)，自旋角 動(dòng)量的一個(gè)分量Lsz應(yīng)取下列分立值：Lsz= ms(h/2n), ms=1/2。14、什么是玻恩對(duì)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋？波恩于1926年提出：波函數(shù)模的平方代表某時(shí)刻t在空間某點(diǎn)(x,y,z)附近單 位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)粒子的概率，即101 2代表概率密度。如果101 2大，則電子出現(xiàn)幾 率大，因而電子出現(xiàn)的目也

9、多，此處為衍射極大值處；反之，如果101 2小，則 電子出現(xiàn)幾率小，電子出現(xiàn)的數(shù)目也少，此處為衍射極小值處。15、什么是拉莫爾進(jìn)動(dòng)？磁矩在外磁場(chǎng)B中將受到力矩的作用，力矩將使磁矩u繞外磁場(chǎng)B的方向旋 進(jìn)，這種旋進(jìn)成為拉莫爾進(jìn)動(dòng)。指電子、原子的磁矩、原子核在外部磁場(chǎng)作用下 的進(jìn)動(dòng)。16、為什么氦原子的能級(jí)和光譜分為兩套？因?yàn)楹び袃蓚€(gè)電子，其總自旋角動(dòng)量S可以取0或1，其多重態(tài)的重?cái)?shù)2S+1=1 或3,因此其光譜就有單重態(tài)和三重態(tài)，能級(jí)和光譜分成了兩套。17、對(duì)于多電子原子，什么是L-S耦合？什么是J-J耦合？根據(jù)原子的矢量模型，S1，S2合成S，L1，L2合成L；最后L與S合成J， 所以稱其為L(zhǎng)

10、-S耦合。根據(jù)原子的矢量模型，S1，L1合成J1； S2, L2合成J2； 最后J1與J2合成J，所以稱其為J-J耦合。18、為什么He原子的（1s1s）3S1態(tài)是不存在的？因?yàn)?He 原子的（1s1s）3S1 態(tài)的四個(gè)量子數(shù) n1=n2=1； 11=12=0； ml1=ml2=0； ms1=ms2=1/2,即S1和S2是同向的，否則不能得到S=1，可是它已經(jīng)違反了 Pauli不相容原理。所以這個(gè)狀態(tài)是不存在的。19、各殼層和各支殼層中所能容納的最大電子數(shù)是多少？殼層：Nmax=2n*n 支殼層：（Nl）max=2 （2l+1）20、簡(jiǎn)述史特恩一蓋拉赫實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？簡(jiǎn)述：裝置中的基

11、態(tài)原子被加熱成蒸汽，以水平速度v通過狹縫S1S2.然后 通過一個(gè)不均勻的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿著Z軸變化。到達(dá)P點(diǎn)處。說明：史特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)偶數(shù)分裂的事實(shí)啟示人們，電子的軌道運(yùn)動(dòng) 似乎不是全部的運(yùn)動(dòng)。換句話說，軌道磁矩應(yīng)該只是原子總磁矩的一部分。21、什么是正常塞曼效應(yīng)？什么是反常塞曼效應(yīng)？把原子放入磁場(chǎng)中，其光譜線發(fā)生分裂，原來的一條譜線分裂成幾條的現(xiàn)象， 被稱為塞曼效應(yīng)。一般情況下，譜線分裂成很多成分，稱為反常塞曼效應(yīng)。特殊 情況下，譜線分裂成三種成分，稱為正常塞曼效應(yīng)。22、什么是能級(jí)的第一次、第二次和第三次分裂？由于附加能量以及L和S相互作用導(dǎo)致能級(jí)的第一次分裂；自旋磁矩u在原 子內(nèi)

12、磁場(chǎng)中的附加能量引起能級(jí)第二次分裂；原子放入外磁場(chǎng)時(shí)，B與u的作用 使原子又獲得附加能量，從而導(dǎo)致能級(jí)的第三次分裂23、什么是拉波特定則？將核外所有電子的角量子數(shù)相加，偶數(shù)對(duì)應(yīng)偶性態(tài)，奇數(shù)對(duì)應(yīng)奇性態(tài)，因 此，Laporte定則表述為：電子的躍遷只能發(fā)生在不同宇稱的狀態(tài)間，即電子 的躍遷只能是偶性到奇性或奇性到偶性。24、什么是洪特定則？1）由同一電子組態(tài)得到的各種能級(jí)中，多重?cái)?shù)大的，亦即S值最大的，能 級(jí)位置低；2）由同一組態(tài)形成的同一 S內(nèi)，具有不同L值的能級(jí)中,L大的能級(jí) 位置低；3）同一組態(tài)得到的同L不同J的能級(jí)中，J小的能級(jí)低稱正常次序；J 大的能級(jí)低，稱為倒轉(zhuǎn)次序；通常情況下，支殼層

13、電子數(shù)少于半滿時(shí)取正常次序， 等于或大于半滿時(shí)取倒轉(zhuǎn)次序。25、求26號(hào)元素Fe（鐵）的基態(tài)電子組態(tài)和基態(tài)原子譜項(xiàng)。26、什么是X射線？ X射線的性質(zhì)有哪些?X射線：是非常短的電磁波。具有波粒二象性。電磁波的能量以光子的形式 傳遞。X射線的性質(zhì)：1)X射線能使照相底片感光；2)X射線有很大的貫穿本 領(lǐng)；3)X射線能使某些物質(zhì)的原子、分子電離；4)X射線是不可見光，它能使 某些物質(zhì)發(fā)出可見光的熒光；5)X射線本質(zhì)上是一種電磁波，同此它具有反射、 折射、衍射、偏振等性質(zhì)。27、X射線標(biāo)識(shí)譜線狀譜的特征有哪些？激發(fā)管電壓特征：每一條譜線對(duì)應(yīng)一定的激發(fā)電壓，只有當(dāng)管電壓超過激 發(fā)電壓時(shí)才能產(chǎn)生相應(yīng)的特

14、征譜線，且靶材原子序數(shù)越大其激發(fā)電壓就越高；強(qiáng)度特征：每個(gè)特征射線都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的波長(zhǎng)。管電流和管電壓的增加 只能增強(qiáng)特征X射線的強(qiáng)度，不能改變波長(zhǎng)。28、X射線連續(xù)譜的特征有哪些？連續(xù)譜在短波方向上有一個(gè)波長(zhǎng)極限，稱為短波限。它只與管電壓有關(guān)。X 射線的強(qiáng)度是由光子能量和數(shù)目決定的。強(qiáng)度與管電流、管電壓、陽(yáng)極靶的原子 序數(shù)相關(guān)。29、簡(jiǎn)述連續(xù)X射線譜產(chǎn)生的微觀機(jī)制能量為ev的電子與陽(yáng)極靶的原子碰撞時(shí)。電子失去自己的能量，其中部分 以光子的形式輻射，碰撞一次產(chǎn)生一個(gè)能量為hv的光子，這樣的光子即X射線。 單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極靶面的電子數(shù)目是很多的，絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞， 逐漸失去自身的能力

15、，即產(chǎn)生多次碰撞。由于多次輻射中光子的能量不同，因此 出現(xiàn)連續(xù)X射線譜。30、什么是康普頓效應(yīng)？在X射線與物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)中，被散射的X射線中，除了與入射X射線具 有相同波長(zhǎng)成分外，還有波長(zhǎng)增加的部分出現(xiàn)，且這部分X射線的波長(zhǎng)因散射 角的不同而異。這被稱為康普頓效應(yīng)。31、康普頓散射與光電效應(yīng)有何不同？光電效應(yīng)中光子本身消失，能量完全轉(zhuǎn)移給電子；康普頓散射中光子只是損 失掉一部分能量。光電效應(yīng)發(fā)生在束縛得最緊的內(nèi)層電子上；康普頓散射則總是 發(fā)生在束縛得最松的外層電子上。32、原子核的結(jié)合能包括哪些？體積能Bv：描述核力對(duì)結(jié)合能的貢獻(xiàn)；表面能Bs:對(duì)表面核子的體積能給 出修正；庫(kù)侖能；質(zhì)子間庫(kù)侖斥

16、力使結(jié)合能減小；非對(duì)稱能：Z手N時(shí)，使得結(jié) 合能減??；奇偶能：Z，N取奇、偶數(shù)進(jìn)行不同搭配時(shí)，結(jié)合能各不相同。33、核力的基本性質(zhì)有哪些？1.短程性的強(qiáng)相互作用；2.飽和性的交換力；3.電荷無關(guān)性；4.斥力心(排 斥心)的存在；5.自旋相關(guān)性34、什么衰變常數(shù)？它的物理意義是什么？衰變常數(shù)：衰變統(tǒng)計(jì)規(guī)律式中引入的常數(shù)稱為衰變常數(shù)。衰變的物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的原子核的衰變幾率，它標(biāo)志著衰變的快慢。35、什么是原子核的質(zhì)量虧損？什么是原子核的結(jié)合能？原子核由中子和質(zhì)子組成，但實(shí)驗(yàn)表明，核的質(zhì)量并不等于相應(yīng)的質(zhì)子+中 子+電子質(zhì)量之和，核子結(jié)合構(gòu)成原子后總質(zhì)量減少了，通常我們稱之為質(zhì)量虧 損。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能公式E=mc*2，原子核形成過程中，質(zhì)量減少了，減少 的質(zhì)量必然以能量的形式放了出來，這種能量稱為結(jié)合能。36、什么是介子？什么是中微子？n介子：是原子核或者強(qiáng)子物質(zhì)的基本組元，在各種介子中，n介子最輕且 最重要。中微子：是輕子的一種，是組成自然界最基本的粒子之一，不帶電，自旋為 1/2，質(zhì)量非常輕，速度接近光速。37、什么是放射性活度？為了表示某放射源的放射性強(qiáng)弱，人們引入放射