原子物理学09-10-2 A卷答案

《原子物理学09-10-2 A卷答案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Ａ卷2009—2010学年第2学期《原子物理学》试卷答案及评分标准专业班级姓名学号开课系室应用物理系考试日期2010年6月26日10:00-12:00题号一二三四五六总分得分阅卷人第8页共7页本题得分一、（共20分）电子、光子、相对论、波粒二象性等概念。1、（本小题10分）若电子的动能和光子的能量等于电子的静止能量，求（1）电子的运动速度v为多少倍光速c，（2）电子的德布罗意波长λe（nm）（3）光的波长λγ（nm），（4）电子与光子的动量之比。答：（1）电子的动能总能量，得出…..2分因为，所以电子运动速度（或0.8

2、66c）…..2分（2）电子的德布罗意波长.…2分（3）光的波长…..2分（4）电子与光子的动量之比…..2分2、（本小题10分）在康普顿散射中，若入射光子的能量等于电子的静止能量，试求在散射角度θ=120°方向探测散射光子的能量（MeV），以及对应的反冲电子的动量（以电子的静止质量m0和光速c表示）。答：入射光子的能量……………1分康普顿散射后波长改变量散射光子的能量为：……………4分电子获得的动能来源于光子能量的减少，电子动能……2分根据相对论效应：……………2分得电子的动量为……………1分第8页共7页本题得分二、

3、（本题12分）原子核概念。当一束能量为1.0MeV的质子垂直入射到厚度为10nm的铜Cu（原子序数Z=29，质量数A=63.5，密度ρ=8.93g/cm3）的薄膜上时，探测器相对薄膜中心的立体角为0.001，沿120°探测方向每秒纪录到个质子。假如整个过程都符合卢瑟福散射，试求每秒入射质子的数量?答：库仑散射因子；靶原子密度微分散射截面所以探测到粒子数……6分入射粒子数所以，个……6分数据代入过程基本正确，最终计算结果数量级和数值错误的，酌情扣分。本题得分三、（共8分）X射线及其应用。利用Cu(Z＝29)的特征X射线对

4、某晶体进行衍射实验，发现当出射方向相对入射方向的角度为60°时，产生一级衍射极大，求该级衍射对应的晶面族的面间距为多少nm?答：对线的波长，有……………2分……………2分出射方向相对入射方向的角度为60°，散射角度……………1分……………2分……………1分第8页共7页本题得分四、（共20分）玻尔理论的能级与跃迁概念（不考虑精细结构）。1、（本小题6分）根据玻尔的角动量量子化条件，计算氢原子的电子在第一轨道半径上的运动周期（单位：秒）。答：角动量量子化条件：……………1分库仑力提供向心力：……………1分二者联立，可得氢原

5、子的玻尔第一半径……………1分在第一轨道上的速度为……………1分……………2分2、（本小题6分）12.0eV的电子射入氢原子气体，气体将发出哪些波长（nm）的辐射？答：氢原子的量子化能量所以……………2分电子入射氢原子，将动能转移给氢原子，使得氢原子激发。……………2分所以只能激发到n=2的能级上。发出辐射的波长为……………2分3、(本小题8分)已知一对正负电子绕其共同的质心转动时，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”发射光谱的最短波长为多少nm？答：解法1：质心系的里德堡常数……………3分根据

6、里德堡公式知，最短波长时，m=1,n→∞，……………3分所以……………2分解法2：从能量角度计算基态能量；……………4分……………4分第8页共7页本题得分五、（共26分）磁场中原子能级的分裂。1、(本小题12分)在史特恩－盖拉赫实验中，不均匀的横向磁场梯度为，磁场的纵向范围，磁场中心到屏的距离，使用的原子束是处于的硫原子，原子的动能，问：（1）硫原子的轨道角动量、自旋角动量、总角动量为多少？（2）硫原子沿纵向经过该磁场后分裂为几束？（3）分裂后，相邻束斑的间距（cm）？答：（1）硫原子的基态3P2,轨道角动量自旋角动量

7、总角动量……….………..……3分（2）原子束在不均匀横向磁场中将分裂有5个取值，所以将分裂为5束。……….………..……2分（3）………….….……2分………….….……1分………….….……2分……………2分数据代入过程基本正确，最终计算结果数量级和数值错误的，酌情扣分。第8页共7页2、（本小题14分）钠原子从向基态跃迁时发出谱线的频率为。如果钠原子放在外界弱磁场B中，激发态和基态能级也将分裂，试求：（1）判断写出Na原子的基态；（2）磁场中和基态能级分裂的子能级之间的间隔（用表示即可）；（3）画出相应能级跃迁图，

8、正确标识各项符号；（4）计算在磁场中谱线频率与原的关系，(注：洛伦兹常数L=/h不必计算)。答：（1）Na原子的电子组态1s22s22p63s1，只有3s贡献，所以为态。……………2分（2）加磁场后，能级：l=1，s=1/2，j=3/2；mj=3/2，1/2，-1/2，-3/2；……………2分分裂的子能级之间的间隔……………1分基