南華大學原子物理考試試題及答案

一、單項選擇題1.盧瑟福α粒子散射實驗表明原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在（）A.核外電子B.原子核C.整個原子D.原子邊緣答案：B2.氫原子光譜的巴耳末系中譜線最小波長與最大波長之比為（）A.5/9B.4/9C.7/9D.2/9答案：A3.玻爾理論的三個基本假設不包括（）A.定態(tài)假設B.角動量量子化假設C.軌道量子化假設D.頻率條件假設答案：C4.電子的自旋磁量子數(shù)ms取值為（）A.0，1B.+1/2，-1/2C.0，+1/2D.-1，+1答案：B5.原子處于某一激發(fā)態(tài)的平均壽命為10^-8s，由這一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷所輻射的光子的波長為500nm，則此波長的最小不確定量約為（）A.10^-8nmB.10^-6nmC.10^-4nmD.10^-2nm答案：C6.下列哪種現(xiàn)象證實了德布羅意波的存在（）A.光電效應B.康普頓效應C.電子衍射D.原子光譜答案：C7.主量子數(shù)n=3時，原子中電子的狀態(tài)數(shù)最多為（）A.9B.18C.27D.36答案：B8.氦原子的基態(tài)電子組態(tài)是（）A.1s12s1B.1s2C.1s22s1D.1s12s2答案：B9.量子力學中，描述微觀粒子狀態(tài)的波函數(shù)必須滿足的條件不包括（）A.單值B.連續(xù)C.有限D(zhuǎn).歸一化到1答案：D10.堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)形成的主要原因是（）A.軌道貫穿B.原子實極化C.電子自旋與軌道角動量的相互作用D.相對論效應答案：C二、多項選擇題1.以下關于原子物理學發(fā)展歷程中的重要實驗和理論，正確的有（）A.湯姆孫通過陰極射線實驗發(fā)現(xiàn)了電子B.普朗克提出能量量子化假設解釋了黑體輻射規(guī)律C.愛因斯坦提出光子假說成功解釋了光電效應D.弗蘭克-赫茲實驗證明了原子能量的量子化答案：ABCD2.關于氫原子光譜，下列說法正確的是（）A.氫原子光譜是線狀譜B.巴耳末系譜線都在可見光區(qū)域C.賴曼系譜線都在紫外光區(qū)域D.氫原子光譜的頻率滿足里德伯公式答案：ACD3.玻爾理論成功解釋了（）A.氫原子光譜的規(guī)律B.原子的穩(wěn)定性C.原子的大小D.原子光譜的精細結(jié)構(gòu)答案：ABC4.以下關于量子數(shù)的說法，正確的有（）A.主量子數(shù)n決定電子的能量B.角量子數(shù)l決定電子軌道角動量的大小C.磁量子數(shù)m決定電子軌道角動量在外磁場方向的分量D.自旋磁量子數(shù)ms決定電子自旋角動量在外磁場方向的分量答案：ABCD5.電子具有波動性的實驗證據(jù)有（）A.電子衍射實驗B.斯特恩-蓋拉赫實驗C.康普頓散射實驗D.戴維孫-革末實驗答案：AD6.原子中電子的分布遵循的原則有（）A.泡利不相容原理B.能量最低原理C.洪特規(guī)則D.不確定關系答案：ABC7.以下關于多電子原子的能級結(jié)構(gòu)，說法正確的是（）A.能級主要由主量子數(shù)n和角量子數(shù)l決定B.存在能級交錯現(xiàn)象C.原子實極化和軌道貫穿會影響能級高低D.同一主量子數(shù)n的能級是簡并的答案：ABC8.下列哪些現(xiàn)象體現(xiàn)了微觀粒子的波粒二象性（）A.光的干涉B.電子的衍射C.康普頓效應D.黑體輻射答案：ABCD9.關于量子力學中的波函數(shù)，以下說法正確的是（）A.波函數(shù)描述微觀粒子的狀態(tài)B.波函數(shù)的模平方表示粒子在空間某點出現(xiàn)的概率密度C.波函數(shù)滿足薛定諤方程D.不同的波函數(shù)一定描述不同的狀態(tài)答案：ABC10.堿金屬原子光譜的特點包括（）A.由主線系、第一輔線系、第二輔線系等組成B.譜線具有精細結(jié)構(gòu)C.可以用單電子模型近似處理D.各線系的譜線都有特定的頻率范圍答案：ABCD三、判斷題1.湯姆孫的原子模型能夠很好地解釋α粒子散射實驗結(jié)果。（）答案：錯誤2.氫原子光譜的所有譜線都可以用巴耳末公式表示。（）答案：錯誤3.玻爾理論中的定態(tài)是指原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，不輻射能量。（）答案：正確4.電子的軌道角動量是量子化的，其大小由角量子數(shù)l決定。（）答案：正確5.不確定關系表明微觀粒子的位置和動量不能同時準確測量。（）答案：正確6.德布羅意波是一種概率波，波函數(shù)描述粒子在空間出現(xiàn)的概率。（）答案：正確7.原子中電子的狀態(tài)由主量子數(shù)n、角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m和自旋磁量子數(shù)ms共同確定。（）答案：正確8.洪特規(guī)則指出，在能量相同的軌道上，電子總是盡可能分占不同的軌道，且自旋平行。（）答案：正確9.量子力學中，波函數(shù)的歸一化條件是為了保證粒子在整個空間出現(xiàn)的概率為1。（）答案：正確10.堿金屬原子光譜的精細結(jié)構(gòu)是由于電子的自旋與軌道角動量相互作用引起的。（）答案：正確四、簡答題1.簡述盧瑟福α粒子散射實驗的主要內(nèi)容及重要意義。盧瑟福α粒子散射實驗是用α粒子轟擊金箔。實驗發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進，少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被反彈回來。該實驗意義重大，否定了湯姆孫的原子模型，建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，即原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在一個很小的原子核內(nèi)，電子在核外繞核運動。2.簡述玻爾理論的主要內(nèi)容及其局限性。玻爾理論主要內(nèi)容包括：定態(tài)假設，原子存在一系列不輻射能量的穩(wěn)定狀態(tài)即定態(tài)；角動量量子化假設，電子繞核運動的角動量L=n?；頻率條件假設，當原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，會發(fā)射或吸收光子，頻率滿足hν=E初-E末。局限性在于：只能解釋氫原子及類氫離子光譜，對多電子原子光譜解釋困難；沒有考慮電子的波動性，是半經(jīng)典半量子理論。3.簡述泡利不相容原理的內(nèi)容，并舉例說明其在原子結(jié)構(gòu)中的應用。泡利不相容原理指出，在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的四個量子數(shù)（n、l、m、ms）。例如在氦原子中，基態(tài)電子組態(tài)是1s2，兩個電子處于1s軌道，主量子數(shù)n=1，角量子數(shù)l=0，磁量子數(shù)m=0，但自旋磁量子數(shù)ms分別為+1/2和-1/2，滿足泡利不相容原理，保證了原子中電子分布的有序性。4.簡述氫原子光譜的規(guī)律及相關理論解釋。氫原子光譜是線狀譜，其譜線頻率滿足里德伯公式。分為不同線系，如賴曼系在紫外區(qū)，巴耳末系部分在可見光區(qū)等。玻爾理論成功解釋了氫原子光譜規(guī)律，基于定態(tài)、角動量量子化和頻率條件假設，電子在不同定態(tài)間躍遷時發(fā)射或吸收特定頻率光子，對應不同譜線。量子力學進一步完善解釋，從波函數(shù)和能級等角度，更深入揭示了氫原子光譜產(chǎn)生機制。五、討論題1.討論量子力學與經(jīng)典物理學在描述微觀粒子行為上的主要區(qū)別。經(jīng)典物理學基于牛頓力學等理論，認為粒子有確定的位置和動量，遵循確定的軌道，能用因果律準確預言粒子運動狀態(tài)。而量子力學中，微觀粒子具有波粒二象性，其位置和動量滿足不確定關系，不能同時精確確定。微觀粒子狀態(tài)用波函數(shù)描述，波函數(shù)模平方給出粒子在空間出現(xiàn)概率密度，只能統(tǒng)計性預言粒子行為，打破了經(jīng)典的因果決定論，在處理微觀世界問題上展現(xiàn)出與經(jīng)典物理學截然不同的觀念和方法。2.結(jié)合原子結(jié)構(gòu)知識，討論元素周期表的編排依據(jù)及內(nèi)在規(guī)律。元素周期表編排依據(jù)原子的核電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）遞增順序。內(nèi)在規(guī)律基于原子結(jié)構(gòu)：同周期元素電子層數(shù)相同，從左到右，核電荷數(shù)增加，原子半徑減小，電離能增大，電負性增強。同族元素最外層電子數(shù)相同，從上到下，電子層數(shù)增加，原子半徑增大，電離能減小，金屬性增強。這是由于原子中電子按能級和量子數(shù)規(guī)則填充，能級高低和電子分布決定元素化學性質(zhì)，使元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性變化，反映在周期表的排列規(guī)律中。3.分析電子自旋概念提出的背景及其實驗依據(jù)，并討論其對理解原子結(jié)構(gòu)的重要性。背景是解釋堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)等實驗現(xiàn)象，經(jīng)典理論無法解釋這些現(xiàn)象。實驗依據(jù)如斯特恩-蓋拉赫實驗，銀原子束經(jīng)過非均勻磁場后分裂為兩束，表明電子存在一種內(nèi)稟角動量即自旋。電子自旋對理解原子結(jié)構(gòu)很重要，它是描述電子狀態(tài)的一個重要量子數(shù)，與主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)共同確定電子狀態(tài)，解釋了原子光譜精細結(jié)構(gòu)、多電子原子中電子排布等問題，完善了對原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的認識。4.試討論原子物理中的守恒定律，如能量守恒、角動量守恒等在相關理論和實驗中的體現(xiàn)與作用。在原子物理中，能量守恒在很多方面有體現(xiàn)。如玻爾理論中電子在定