量子物理第5讲-原子中的电子分布《量子物理》小结与习题

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1、量子物理第5讲——原子中的电子分布《量子物理》小结与习题课主要内容八、原子中的电子分布九、原子光谱十、核武器简史1一维谐振子谐振子的零点能：氢原子主量子数能量量子化2角动量量子化角量子数（副量子数）角动量空间取向量子化磁量子数自旋量子化自旋量子数自旋磁量子数3八、原子中的电子分布1、原子的壳层模型柯塞尔(1916)：多电子原子中，核外电子根据主量子数按壳层分布；同一壳层中的电子根据角量子数不同分成若干支壳层。主量子数12345…壳层符号：KLMNO…角量子数01234…支壳层符号：spdfg…通常用主量子数和代表角量子数的符号一起表示原子所处的状态。的

2、大小确定不同支壳层能级的高低。(我国)：4电子在主壳层和支壳层的分布由下述两条原理确定：2、能量最小原理原子处于正常状态时，其中的电子总是尽可能地占据未被填充的最低能级。3、泡利不相容原理(1925)原子中不可能有量子数完全相同的电子。(1945Nobel物理奖)2s3s2p4s3p5s4p3d1s5p4d4f5d5f相同的电子数：相同的电子数：12相同的电子数：相同,即主量子数为的壳层最多可容纳的电子数:5九、原子光谱1、角动量和磁矩a)自旋自旋角动量的量子化：自旋角动量的空间取向量子化：自旋磁矩：自旋磁矩的投影：玻尔磁子：6b)轨道运动轨道角动量的

3、量子化：轨道角动量空间取向的量子化：轨道磁矩的投影：轨道磁矩：7c)自旋轨道耦合主量子数、表示角量子数的符号、以总角动量量子数作下标。总角动量：总角动量的值：总角动量量子数：原子状态表示：如：但：82、谱线性质电子在外电场中产生附加能量，对原能级进行修正，使原来的一个能级分裂为几个接近的能级，从而发生谱线的分裂。a)线状光谱初、末态能量决定了谱线的频率：b)斯塔克效应(1913发现，1919Nobel物理奖)外加强电场时，原子的谱线发生分裂。解释：9外磁场很弱时，自旋与轨道运动相互作用。c)塞曼效应(1895发现，1902Nobel物理奖)磁场导致谱线

4、发生分裂的现象。塞曼效应正常塞曼效应：光源置于强磁场中，一条谱线分裂为几条。反常塞曼效应简单塞曼效应：强磁场与自旋磁矩作用。复杂塞曼效应：(精细结构)磁场与轨道磁矩作用的结果。10d)选择定则选择定则：考虑到磁场与轨道磁矩的作用、并不是所有能级间都能跃迁，而只能有选择地跃迁。自旋磁量子数有关。磁场与自旋磁矩的作用、自旋与轨道运动的作用，引起的能级修正与副量子数、磁量子数、11十、核武器简史核反应：在用高能粒子束轰击靶核、两个(或两个以上)轻原子核相撞时，核子可能重新组合成新的原子核；一个重核中的核子也可能分组结合成不同的轻原子核而发生分裂。裂变：重核分

5、裂为轻核时释放能量的方式(原子弹爆炸)。聚变：轻核结合成新核时释放能量的方式(氢弹爆炸)。121939年4月24日，德国汉堡大学的哈特克博士给德国陆军部写信，建议将核裂变用于军事目的，研制核炸弹。1939年7月，流亡美国的匈牙利物理学家西拉德拜访迁居美国的爱因斯坦(出生德国)，向他讲明铀核裂变可能引起的严重后果，1939年10月11日，罗斯福下令成立“铀顾问委员会”。1940年4月，传闻柏林威廉皇家研究院承担了关于铀的庞大研究计划。1940年6月，美国成立国防研究委员会。爱因斯坦同意给罗斯福写信，建议美国立即研制原子弹。131942年夏，英、加合作下，

6、美国全面开展“曼哈顿工程”，康普顿负责裂变材料的制备费米负责建造原子反应堆奥本海默负责制造实战用的原子弹还有卓越的贝特、查德威克等。1945年，美国研制成功了三颗原子弹。1945年4月12日，罗斯福逝世。1945年5月8日，德国法西斯宣布投降。1945年7月间，几十名物理学家联名写信向美国政府请愿，要求不使用原子弹。但为时晚矣！(相当于今天的260亿美元)。调集15万科技人员(巅峰时动员了53万人)，花费22亿美元141945年7月16日5时30分，美国的第一枚钚弹在新墨西哥州的阿拉莫戈多核试验场试爆成功，当量1.25万吨TNT的“小男孩”在广岛上空6

7、00米处爆炸。1945年8月6日9时16分2秒，长3.20米、直径0.74米、重4400公斤、以60公斤铀235为核装料、爆炸中30万度的高温使爆心半径1公里内的花岗岩融化，爆炸点下方地面温度急剧上升三四千度，半径1.5公里处的物体表面温度达540摄氏度，广岛的7万6千座建筑物中，有7万座倒塌于弹指一瞬间。巨响传到370公里以外。当量1.86万吨TNT，大地仿佛发生了10级地震一样颤栗，15重4540公斤、1945年8月9日11时2分，长3.25米、直径1.52米、以8公斤钚239为核装料、当量2.2万吨TNT的“胖子”在长崎上空500米处爆炸。199

8、0年5月15日，日本后生省公布广岛、长崎与原子弹爆炸有关的遇难者共295956人。1952年1