原子物理学2010-2011-2 原子物理学A卷.doc

2010—2011学年第二学期 《原子物理学》期末试卷答案 专业班级 姓 名 学 号 开课系室 物理与光电工程系 考试日期 2011年5月30日 页 号 1 2 3 4 5 总分 本页满分 22 22 16 22 18 本页得分 阅卷人 注意事项： 1．请在试卷反面写草稿；请在试卷正面答题，认真读题，沉着答卷，书写清楚，保持整洁。 2．解题应有具体分析、说明和数据带入等过程，简单抄公式或一步直接给出结果，不计分。 3．本试卷满分100分，习题正文部分共5页，附1页重要常数和公式。 4．请勿撕开试卷本，否则作废。 5．严肃考试纪律，作弊者按零分处理。 常数、重要公式 普朗克常数 h = 4.136(10-15eV(s 里德堡常数 R( = 1.097(107m-1=(91.16nm)-1 基本电荷 e = 1.602 ( 10-19C 阿伏伽德罗常数 NA= 6.022(1023 mol-1 1eV折合温度 11600K 玻尔磁子 (B = 5.788(10-5 eV(T-1 电子质量 me = 0.511MeV/c2 原子质量单位 u = 931MeV/c2 真空光速 c=3.0×108m/s 玻尔半径 a0 = 0.0529nm 氢原子基态能量 E1=-13.6eV 组合常数 精细结构常数 质子和电子的静止质量比 库仑散射公式：， （试卷中的分母可以省略不写） Rutherford散射截面： 质心系折合质量： 光子能量： 光子动量： 光子速度： 氢光谱的Rydberg公式： 同位素移位： Bohr的跃迁条件： 角动量量子化条件： De Broglie物质波波长： Bragg衍射公式： Stern-Gerlach实验最后原子沉积位置： 朗德（Lande）因子： Compton散射公式： ， Einstein相对论关系式： 特征X射线系的莫塞莱(Moseley)公式：，本页满分22分 本页得分 1.（本题10分）计算下列粒子的德布罗意波长：（1）10MeV的光子；（2）动能为10MeV的电子；（3）动能为10MeV的质子。 2、（本题12分）用能量为0.662MeV的γ光子入射某材料。 (1)（5分）求散射光子的的最小能量和反冲电子的最大动能。 (2)（7分）如图中，证明反冲电子相对入射光子的反冲角与光子的散射角θ之间的关系式为。 本页满分22分 本页得分 3.（本题12分）当一束能量为2.0 MeV的α粒子垂直入射到厚度为10nm的硅（Si）薄膜上，已知Si的原子序数Z=14、质量数A=28、密度ρ=2.329g/cm3，探测器面积为4mm2，距离Si片约50cm，探测器沿120°散射方向探测，假设每秒入射10万个粒子，计算：1)Si靶的面密度（单位：原子/nm2）；2)探测器的立体角（单位：弧度）；3)120°处的微分散射截面（单位：fm2）；4)探测器平均每秒纪录到的粒子数。 4.（本题10分） （1）（5分）已知某元素X射线的特征线波长为0.1935nm，试确定该元素的原子序数Z。 （2）（5分）用该X射线对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d（nm）。 本页满分16分 本页得分 5.（本题8分）根据玻尔的角动量量子化条件，计算氢原子的电子在第二玻尔轨道上的运动速度（单位：光速c）和能量（单位：eV）。 6.（本题8分）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“电子偶素”。试计算“电子偶素”由第一激发态向基态跃迁发射光谱的波长(单位：nm)。 本页满分22分 本页得分 7.（本题8分)已知钒原子的基态4F3/2，（1）问钒原子经过不均匀横向磁场后分裂为几束？（2）求基态钒原子的磁矩(J为多少倍的玻尔磁子。 8.（本题6分)钠原子的锐线系为双线结构，用原子态跃迁表示为：n→3，n→3，其中n为大于3的整数，请分析写出漫线系原子态跃迁表达式。 9.（本题8分）He原子发生1s3d1D2→1s2p1P1跃迁时产生的谱线波长为667.8nm，该谱线在强度为B=1T的磁场中分裂为几条？频率为多少？ 10.（本题18分）写出磷（P，Z=