原子物理学课件6
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原子物理学教学课件6
( 二. ) 标识谱（1906年首次发现） 1. 产生条件: 当电子的能量超过某一阈值(如加速电压 高于几十千伏,使内壳层电子电离)时,除有连续谱外,还 在连续谱的背景上迭加一些线状谱。参见p.225图8.7中的虚 线。 2. 特 征: 线状谱的位置和结构与阳极材料相关, 不同元素的阳极材料发射的线状光谱 虽有相似结构,但波长不同,按原子序数顺 序排列时,波长依次变化,不显示周期性变 化。 每种元素都有一 特定波长的线状光谱,这 种特定的X射线谱成为该元素的标识。
A
a
N
A
a CZ
4
3
小,则吸收小,贯穿能力强; Z大则吸收强
3. X射线波长的测定
原理：利用X射线在晶体的衍射可以测定它的波长， 晶体作为立体光栅，一束X射线射入晶体， 发生衍射时，从任何一晶面上，那些出射方 向对平面的倾角与入射线的倾角相等的X射 线，满足布拉格公式: n=2dsin ，n=1,2,…, 出射线就会加强,如图28.6
:eU=mev2/2 =hν+靶内能,
hνmax = hc/λmin = eU,
故当加速电压U增高时λmin=λ0减小。 电子速 度骤减
离子
轫致辐射
X光子
轫致辐射示意图 （轫：1.刹车减速; 2.阻碍车轮转动的木头）
由能量守恒: eU = mev2/2 = hc/ + 令 eU =h = hc/
0 0
0
(a)
0 0
(b)
0 0
20
40
(a) Eu(DBM)3Phen－PMMA的广角X－射线衍射图 (b) Eu(DBM)3Phen的X－射线衍射图
粒子性- 康普顿效应(1927诺贝尔奖)
原子物理学第六章
1 12
1 22
0.246
1016
Z
2
Hz
Moseley: vK 0.2481016 Z 12 Hz
EK
Rc
Z
12
1 12
1 22
3 13.6 4
Z
12
eV
大连理工大学物理系
K 射线产生示意图
电离一个n=1的电子所需能量 EK
N
M L
K
hvin EK T
hvK EK EL
大连理工大学物理系
3. 特征辐射-------电子内壳层的跃迁
特征谱线完全由靶材料决定
特征X射线用来作为元素的标识
特征谱线由Barkla 在1906年首 先发现
每个元素发出若干系列特征谱线， 按贯穿能力分为
K K , K L L , L , L
大连理工大学物理系
1913年Moseley测定Al-Au 38种元素X射线的特征谱线
min
hc U
1.24 U
nm
*
min量子极限
（*）式给出实验上精确测量Planck常数的一个方法
1915年Duane和Hunt 测量Planck 常数，与光电效应试验得出 的一致
X射线的产生可视为逆光电效应
大连理工大学物理系
特征谱：具有分离波长 （标识谱）
谱峰所对应的波长完全 由靶材料决定
大连理工大学物理系
大连理工大学物理系
Debye和Scherrer提出多晶粉末法
2d sin n, n 1, 2,3
Rd
d
大连理工大学物理系
6.2 X射线产生的机制
1. X射线的发射谱
分光计
X射线发 生器
原子物理学-第一章PPT课件
，但是随着社会生产的发展，如：冶金，内燃机，蒸汽机
等的采用，促进了科学的迅速发展，一方面提出了新的科
学问题，另一方面也为科学工作提供了更好的条件．因此
，物理学在这个时期以后得到了迅速发展．
①．光谱资料的大量积累．
②．许多重大发现产生．
1885年 巴耳末发现光谱线规律。
1887年 赫兹发现光电效应
.
2
.
18
高高等 等学学校校试试用用教教材材
粒子受原子作用后动量发生变化：
pFmaxt
4Ze2
40RV
最大散射角： tg p p40 4 R Z2V eV M 40 4 R Z2 M eV2 ~104
大角散射不可能在汤姆逊模型中发生,散射角大于3°的比1%少 得多；如果考虑多次小角散射合成， 散射角大于90°的概率约为10-3500. 必须重 新寻找原子的结构模型。
α粒子：放射性元素发射出的高速带电粒子，其速度约为光速 的千分之几，带+2e的电荷，质量约为4MH。 散 射 ：一个运动粒子受到另一个粒子的作用而改变原来的运动 方向的现象。粒子受到散射 时，它的出射方向与原入射 方向之间的夹角叫做散射角。
( a) 侧视图 (b) 俯视图。 R:放射源；F:散射箔； S:闪烁屏；B:金属匣
§1.1 原子的质量和大小 原子质量 1. 相对质量－－原子量
把碳在自然界中最丰富的一种同位素12 C的质量定为 12.0个单位作为原子质量的标准，其它原子的质量同 其相比较，定出质量值，这个数值称为原子量． 例， Ｈ：1.0079 O ： 15.999 Cu ：63.54 原子量可以用化学方法测得．
说是：
（1） 实践理论再实践再理论．．．．．．，或者说：实
践是检验真理的标准．
原子物理学(原子的精细结构电子自旋)
通过调控材料中电子自旋的取向， 可以制备具有特殊磁学性质的自
旋极化材料。
自旋电子学
利用电子自旋的特性，开发新型 自旋电子学器件，如自旋晶体管
和自旋存储器等。
磁性材料研究
通过研究电子自旋的磁学性质， 有助于深入了解磁性材料的微观
结构和物理性质。
05 原子物理学的发展前景与 挑战
原子物理学与其他学科的交叉研究
原子核位于原子的中 心，电子围绕原子核 运动。
原子的电子排布
电子在原子核外的不同能级轨道 上运动，离原子核越远的轨道，
其能量越高。
电子按照一定的规律填充在不同 的能级轨道上，形成电子排布。
电子排布决定了原子的化学性质 和电子状态，是研究原子结构的
重要内容。
原子的能级与光谱
原子的能级是指原子内部电子 运动的能量状态，不同的能级 具有不同的能量。
原子物理学在新能源与技术中的应用
太阳能电池技术
01
原子物理学在太阳能电池技术中的应用，通过优化材料结构和
提高光电转换效率，为可再生能源的发展提供支持。
核聚变能源
02
通过原子物理学对核聚变反应过程的研究，实现可控核聚变能
源的开发，为未来能源供应提供可持续的解决方案。
磁约束核聚变装置
03
利用原子物理学的原理和技术，设计和建造磁约束核聚变装置，
当原子从一个能级跃迁到另一 个能级时，会吸收或释放一定 频率的光子，形成光谱。
光谱分析是研究原子能级结构 和性质的重要手段，可以用于 元素分析和化学分析等。
02 原子核的结构与性质
原子核的组成
01
02
03
质子和中子
原子核由质子和中子组成， 质子带正电荷，中子不带 电。
旋极化材料。
自旋电子学
利用电子自旋的特性，开发新型 自旋电子学器件，如自旋晶体管
和自旋存储器等。
磁性材料研究
通过研究电子自旋的磁学性质， 有助于深入了解磁性材料的微观
结构和物理性质。
05 原子物理学的发展前景与 挑战
原子物理学与其他学科的交叉研究
原子核位于原子的中 心，电子围绕原子核 运动。
原子的电子排布
电子在原子核外的不同能级轨道 上运动，离原子核越远的轨道，
其能量越高。
电子按照一定的规律填充在不同 的能级轨道上，形成电子排布。
电子排布决定了原子的化学性质 和电子状态，是研究原子结构的
重要内容。
原子的能级与光谱
原子的能级是指原子内部电子 运动的能量状态，不同的能级 具有不同的能量。
原子物理学在新能源与技术中的应用
太阳能电池技术
01
原子物理学在太阳能电池技术中的应用，通过优化材料结构和
提高光电转换效率，为可再生能源的发展提供支持。
核聚变能源
02
通过原子物理学对核聚变反应过程的研究，实现可控核聚变能
源的开发，为未来能源供应提供可持续的解决方案。
磁约束核聚变装置
03
利用原子物理学的原理和技术，设计和建造磁约束核聚变装置，
当原子从一个能级跃迁到另一 个能级时，会吸收或释放一定 频率的光子，形成光谱。
光谱分析是研究原子能级结构 和性质的重要手段，可以用于 元素分析和化学分析等。
02 原子核的结构与性质
原子核的组成
01
02
03
质子和中子
原子核由质子和中子组成， 质子带正电荷，中子不带 电。
原子物理学PPT课件
这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是
这些谐振子只可能处于某些分立的状态中，
谐振子的能量并不象经典物理学所允许的
可具有任意值。
黑体内的驻波
Planck假设：振子振动的能量是不连
续的，只能取最小能量ε0 的整数倍 ε0, 2ε0, 3ε0, …, nε0, 即 E =nε=nhv ， 其 中
n=1，2，3…称为量子数，式中h为一个
e
e +
能量辐射损失
4
原子稳定性困难(续)
r
核 离心力与库仑力平衡 式
me
v2 r
Ze2
4 0r2
模 角动量 型
L mevr
的 困 难
经典电动力学，单 位时间内辐射能量
P
2 3
1
4 0
e2 c3
a2
2 ( 1 )7
3 4 0
e2 c3
me2
(Ze2 )6 L8
动能耗尽
P
1 2
mev2
电子加速运动辐射电磁波，能量不断损失，电子回转半径
瞬时性问题 按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有
一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属
表面为止.与实验结果不符 .经典的驰豫时间50min，
光电效应的不超过1ns
27
二 光子 爱因斯坦方程
（1） “光量子”假设 光子的能量为 h
（2） 解释实验
爱因斯坦方程 h 1 mv2 W
2
31
光源
分光器
记录仪
棱镜摄谱仪示意图
32
（三）光谱的类别
光谱分类
线状谱 带状谱
连续谱
原子谱. 如:钠灯 分子谱
固体.如:白炽灯
《原子物理学第二章》PPT课件
波长的分布不同 （4）热辐射的能量与波长与温度有关 （5）辐射能来自原子或分子的无规热运动
能量，不发生内部状态的改变。
任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁 波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分 布都与温度有关。
2.几个概念
（1）单色辐出度 R(,T )
描写物体辐射本领的物理量。
表示在一定温度T下，单位时间内从物
实验值 理学面临一场革命性的
紫
变革！
外
灾
难
瑞利--金斯
维恩
o 1 2 3 4 5 67
8 9λ(μm)
(M.Planck ,1858—1947)
6，普朗克公式与能量子假说
1）普朗克公式
1900年德国物理学家普朗克在维恩位移定律和瑞利--金斯公式
之间用内插法建立一个普遍公式：
M 0 (T )
2hc2 5
由相对论光子的质能关系 E mc2 h
光子的质量 m E / c2 h / c2
由相对论质速关系
m
m0
1 (v / c)2
有 m0 0
所以，光子的静止质量为零,光子的能量就是动能
由狭义相对论能量和动量的关系式 E2 p2c2 m02c4
光子的能量和动量的关系式为： E pc
光子的动量： P E h
1 ehc / kT
1
M 0 (,T )
式中：k为玻尔兹曼常数，
普朗克公式
实验 瑞利-琼斯
h 称为普朗克常数。
与实验结果相符合。
普朗克理论值
维恩理论值
T=1646k
（1）普朗克公式与黑体辐射实验曲线完全吻合
（2）经过短波近似（ h kT
exp(h / kT ) 1）
能量，不发生内部状态的改变。
任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁 波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分 布都与温度有关。
2.几个概念
（1）单色辐出度 R(,T )
描写物体辐射本领的物理量。
表示在一定温度T下，单位时间内从物
实验值 理学面临一场革命性的
紫
变革！
外
灾
难
瑞利--金斯
维恩
o 1 2 3 4 5 67
8 9λ(μm)
(M.Planck ,1858—1947)
6，普朗克公式与能量子假说
1）普朗克公式
1900年德国物理学家普朗克在维恩位移定律和瑞利--金斯公式
之间用内插法建立一个普遍公式：
M 0 (T )
2hc2 5
由相对论光子的质能关系 E mc2 h
光子的质量 m E / c2 h / c2
由相对论质速关系
m
m0
1 (v / c)2
有 m0 0
所以，光子的静止质量为零,光子的能量就是动能
由狭义相对论能量和动量的关系式 E2 p2c2 m02c4
光子的能量和动量的关系式为： E pc
光子的动量： P E h
1 ehc / kT
1
M 0 (,T )
式中：k为玻尔兹曼常数，
普朗克公式
实验 瑞利-琼斯
h 称为普朗克常数。
与实验结果相符合。
普朗克理论值
维恩理论值
T=1646k
（1）普朗克公式与黑体辐射实验曲线完全吻合
（2）经过短波近似（ h kT
exp(h / kT ) 1）
原子物理学PPT课件
.
18
原子物理学
第九章 分子结构与分子光谱
9.2 分子光谱和分子能级
二、分子内部的运动状态及能级分类
3、分子的转动和转动能级
这是分子的整体转动，对双原子分子要考虑的转动是 转动轴通过分子质量中心并垂直于分子轴(原子核间的联线) 的转动。对多原子分子的转动，如果分子的对称性高，也 可以进行研究。转动能量也是量子化的，但比前二种能量 要小得多，转动能级的间隔只相当于波长是毫米或厘米的 数量级。
以上简单地叙述了原子结成分子的几种方式。
.
15
原子物理学
第九章 分子结构与分子光谱
9.2 分子光谱和分子能级
从分子的光谱可以研究分子的结构，分子光谱比原子 光谱要复杂得多。就波长的范围说，分子光谱可以有如下 三类别。
一、分子光谱的类别
（1）远红外光谱，波长是厘米或毫米的数量级。
（2）近红外光谱，波长是构与分子光谱
9.2 分子光谱和分子能级
二、分子内部的运动状态及能级分类
2、构成分子的诸原子之间的振动和振动能级
这也就是原子核带同周围的电子的振动，在9.1 节已 经提到双原子分子沿着轴线振动。多原子分子的振动就比 较复杂，是多种振动方式的叠加。振动的能量是量子化的， 振动能级的间隔比电子能级的间隔小。如果只有振动能级 的跃迁，而没有电子能级的跃迁，所产生的光谱是在近红 外区，波长是几个微米的数量级。
起着势能作用。这个“势能”随原子核距离的变化如果
出现最低值，分子就能构成，如果没有最低值，分子就
不能构成。
分子中的电子可以处在激发态，这也可以由分离原
子变到联合原子的相应激发态来考虑。同样也只有那些
“势能”随原子核距离的变化具有最低值的才是分子的
原子物理学六章X射线PPT课件
+
靶材由用途 决定
X射线可用高速电子流轰击阳极靶A而获得,或由Z＞10的原 子内壳层跃迁而产生.
高速电子流与靶相撞时,电子因受阻失去动能,中约1%转变为X 射线，大部分转变为热能。
5
第5页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
X射线管的结构
封闭式X射线管实质上是一个大 的真空二极管
X射线管的阴极
105 ~ 107 mmHg
A
+
17
《原子物理学》第六章 X射线
X射线衍射与散射光束线和实验站
18
第18页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
劳厄实验(1912)
X射线源 d ~ 0.1 nm
~ 0.1 nm 晶片光栅
晶 体 的 三 维 光 栅
劳厄斑
Lane.德 (1879-1960 年）
19
第19页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
对劳厄斑的解释
1913年布喇格父 子建立了布喇格公 式.不但能解释劳厄 斑点,而且能用于对 晶体结构的研究。
当能量很高的X射线射到晶体各层面 的原子时,原子中的电子将发生强迫 振荡,从而向周围发射同频率的电磁 波,即产生了电磁波的散射, 而每个 原子则是散射的子波波源.劳厄斑正 是散射的电磁波的叠加.
X射线的波长数量级为Å，要分辩X射线的光栅也要在Å的数量级才行。 晶体有规范的原子排列，且原子间距也在Å的数量级。是天然的三维光栅。
劳厄想到了这一点，但普朗克对他的想法不予支持。后来去找正在攻读 博士的索末菲，经两次实验后终于成功进行了X射线的衍射实验。
铅板
K-
p
晶片
X射线衍射实验演示
第17页/共49页
靶材由用途 决定
X射线可用高速电子流轰击阳极靶A而获得,或由Z＞10的原 子内壳层跃迁而产生.
高速电子流与靶相撞时,电子因受阻失去动能,中约1%转变为X 射线，大部分转变为热能。
5
第5页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
X射线管的结构
封闭式X射线管实质上是一个大 的真空二极管
X射线管的阴极
105 ~ 107 mmHg
A
+
17
《原子物理学》第六章 X射线
X射线衍射与散射光束线和实验站
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第18页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
劳厄实验(1912)
X射线源 d ~ 0.1 nm
~ 0.1 nm 晶片光栅
晶 体 的 三 维 光 栅
劳厄斑
Lane.德 (1879-1960 年）
19
第19页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
对劳厄斑的解释
1913年布喇格父 子建立了布喇格公 式.不但能解释劳厄 斑点,而且能用于对 晶体结构的研究。
当能量很高的X射线射到晶体各层面 的原子时,原子中的电子将发生强迫 振荡,从而向周围发射同频率的电磁 波,即产生了电磁波的散射, 而每个 原子则是散射的子波波源.劳厄斑正 是散射的电磁波的叠加.
X射线的波长数量级为Å，要分辩X射线的光栅也要在Å的数量级才行。 晶体有规范的原子排列，且原子间距也在Å的数量级。是天然的三维光栅。
劳厄想到了这一点，但普朗克对他的想法不予支持。后来去找正在攻读 博士的索末菲，经两次实验后终于成功进行了X射线的衍射实验。
铅板
K-
p
晶片
X射线衍射实验演示
第17页/共49页
《原子物理学》PPT课件
R
40 2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
15
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m v02
1 2
m v12
1 2
meve2
2
28
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3)
• 空心圆锥体的立体角 ~ d
ds 2 r sin rd ;
d
ds r2
2
sin d
2 b | db
A
|
a2d 16 Asin4
2
29
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环;
• 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn • 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp(
)
16
a2d
4
Asin
nAt
2
30
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
• N个粒子打在薄箔上测量到 ~ -d 的粒子数
dN
N a2d 16 A sin 4
nAt
ntN
1
4 0
Z1Z2e2 4E
2
d
sin4
2
2
• 微分截面(卢瑟福公式)
–重复散射也不会产生大角度
• 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向 特别不会稳定地朝某一方向散射
–汤姆逊原子模型与实验不符!
18
40 2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
15
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m v02
1 2
m v12
1 2
meve2
2
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1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3)
• 空心圆锥体的立体角 ~ d
ds 2 r sin rd ;
d
ds r2
2
sin d
2 b | db
A
|
a2d 16 Asin4
2
29
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环;
• 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn • 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp(
)
16
a2d
4
Asin
nAt
2
30
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
• N个粒子打在薄箔上测量到 ~ -d 的粒子数
dN
N a2d 16 A sin 4
nAt
ntN
1
4 0
Z1Z2e2 4E
2
d
sin4
2
2
• 微分截面(卢瑟福公式)
–重复散射也不会产生大角度
• 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向 特别不会稳定地朝某一方向散射
–汤姆逊原子模型与实验不符!
18
原子物理学全套精品课件
发现电子——汤姆逊栆糕模型——卢瑟福的 散射实验——否定了汤姆逊模型——无法解释大 角散射——卢瑟福提出核式结构模型——由卢瑟 福模型进一步推出散射理论——散射理论被实验 验证——卢瑟福提出核式结构模型正确。
三、学习原子物理学需要注意的问题：
1、掌握原子物理学研究问题的方法： 根据事实提出合理的假设，看这个 假设能否说明实验事实或与进一步的实验 事实相符或由此推出较深的理论，由进一 步的实验验证理论的正确性。这是一个理 论与实践多次反复的过程。
原子物理学
原子物理学绪论
一、原子物理课程说明
课程性质：原子物理学是物理学专业的一门重要的基础课程。 学时: 48
考试成绩构成说明： 期末考试成绩: 70% 30% 平时成绩（作业、出勤、学习态度、课堂提问）:
二、原子物理学的研究对象、内容、研究方法：
1、 原子物理学的研究对象 原子物理学属于近代物理学课程，它主要研究物质在原子 层次内： （1）由什么组成； （2）各种组成成分间有怎样的相互作用； （3）各物质是怎样的运动形态。 等理论，是研究物质微观结构的一门科学。
原子的半径r= 10-10m ∴研究的空间在10-10m数量级以下。
这导致微观世界与宏观世界有很大的不同。具体的 体现就是量子化现象。
2、研究内容：（原子物理、核物理） （1）原子物理部分： 从原子光谱入手研究价电子的运动规律 从元素周期律和X射线入手研究内层电子的排布和运动规律
（2）核物理部分 主要研究核的整体性质如：核力、核模型、核衰变、核反应、 核能的开发和利用及基本粒子的相关知识。
四、原子物理学的发展历史
原子物理学的发展可以分为几个时期： 1、古代的原子论： （1）古希腊的原子论 最具代表性的是公元前4世纪古希腊的哲学家留基伯 （Leucippus）和他的学生得莫克利特（Democritus）提出： 物质结构不是连续的而是分立的学说。他们认为物质是由 许多极小的简单的不可分割的微粒组成。这种微粒称为原子。 这只是一种假设没有试验依据。
原子物理学课件第6章
M 1 M2 M1 1 M1 M2
多一个, P光子 右旋圆偏振光
x
圆偏振光
Ex Ey
Ax cost Ay cos(t
2
)
y
从垂直磁场方向观察（假设为x轴）
Ey
Ay
cos(t
),线偏振光
2
z
k
M 0 :
光子的角动量垂直B方向 从B方向观察：无光谱
2
2J+1 = 2 EB E0 MgBB
S 1 , L 0, J 1
2
2
S2 1 2
11
M , g 2
22
E0 B B 1
2BB
2 1
E0 B B 2
E MgB B 1 2B B B B
2
设 : B 0时, E E0
2 3
23
1 1
1 3
,
1 3
2
5 3 ,1 L
~ ~0
共六条
L
1 3
5 3
L L
g2
=
4/3
M2g 2
2,
2 3
g1 = 2 M1g 1 1
M2 M2g2
2 P3 E2
2
0
E2
E2
E2
E2
222233BBBBBBBB13312222
BB
2 E2 2BB
M1g1 1 0 1
~ 1,1,1 0,0,0 1,1,1L
P1 1
E1
M 1 0 1
1 E1 B B 0 E1 1 E1 B B
原子物理学课件 (6)
3 2P
EL, S, B =（ML+2MS）BB
的值有五种组合。 下能级： 32S1/2 退化为： 3 2S S=1/2, MS =1/2, -1/2; L=0, ML= 0. 共产生3条谱线！
EL, S, B 的值有两种组合。
5.3.6 有超精细结构时的塞曼能级分裂
回顾：在第三章中介绍， 原子中电子的轨道角动量 和自旋角动量 的耦合
------ 帕邢－贝克效 应
32 P / 2 32 S1/ 2 ）； 仍以Na双线 ：589.6 nm 线（ 1
32 P / 2 32 S1/ 2 ）. 589.0 nm 线（ 3
强磁场中，
直接与强外场
耦合，
无耦合，无
上能级 ： 32P1/2 和 32P3/2
退化为：
S=1/2, MS =1/2, -1/2; L=1, ML =1, 0, -1 .
角动量定律：
II．拉莫尔进动
原子的角动量（磁矩）在磁场中满足： (1) 存在角动量： (2) 受力矩作用： 所以，原子的角动量(磁矩)在磁场中进动：拉莫尔进动
（旋磁比）＝ J / J 由： 有：
III，角动量在磁场中的运动
A，弱外磁场中，
>>
的运动
------弱磁场中（正常和反常） 塞曼效应的磁能级分裂公式 守恒量和本征值 “一 一 对应” 对应的量子数为好量子数。 非守恒量； 2, L2, S2 Jz : 守恒量； 好量子数?? J
情况2: 在外磁场中，如果属强场，按角动量矢量模型
其中，
所以， 其中，
Why?
所以:
Ej,I, B ＝mj gj B B ＋ a mjmI
例如：碱金属原子的基态 2S1/2， 对 I＝1/2 （核自旋量子数） 因为，
原子物理(全套480页PPT课件)
遏止电势表明光电子有一个初速度的上
限v0，其相应的动能为
1 2
m
v
2 0
eV0
1.28
（3）截止频率（红限）
结论（i）当改变入射光束频率时，遏 止电势V0 随之改变， V0~ 成线性 关系。
V0 0 0
（ii）当低于某一频 率0 时，V0 = 0 。这 时，不论光强多大，
光电效应不再发生。
频率0称为光电效应 的截止频率或频率的 红限。
着频率及波长的概念，光的能量 正比
于其频率 ，即：
= h
1.30
爱因斯坦公式：
根据爱因斯坦假说，光束照射在金属 上时，光子是一个个地打在上面，电 子吸收的能量为 W= h。
h
1 2
m v02
A
eV0
A
1.31
2.3，康普顿效应
在研究x射线与物质散射实验中证明 了x射线的粒子性，起作用的不仅是 光子的能量，而且还有它的动量。
max T b
1.21
b：维恩常数，实验值为 b = 0.289 cm.K
热辐射颜色随温度T变化：
T（K） 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 max（nm） 5760 2880 1440 960 720 580 480 410 360
1.5，维恩公式和瑞利－金斯公式
uT d
8h 3
c3
d
eh kBT
1
uT
d
8hc 5
ehc
d
kBT
1
1.26 1.27
kB：波耳兹曼常数； h ＝ 6.62610-34 J.s 普朗克常数
h >> kBT，普朗克公式 维恩公式 h << kBT，普朗克公式 R-J公式
原子物理学课件第6章
2 2 2 2 2 2 P P P e P P P s e s j l j l P 1 Pj Pj j 2 2 2m 2 Pj 2 m 2 P j
e j g Pj 2m
j j 1 ss 1 l l 1 朗德因子g 1 2 j j 1
i
gP
2 J J 1 J J 1 J p J p 1 J i J i 1 2J J 1
J s l J 0 S L J 0 ^ ^ S J 0 L J 0 S cos(SJ ) L cos(LJ ) e e 其中:s s1 s2 Ps Ps Ps PS m m e e L l1 l2 P l1 P l2 P l3 PL 2m
s1 s 2 2
l 1; l 0
1 2
j 2 j 2 1 s 2 s 2 1 0 g 2 1 11 2 2 j 2 j 2 1
1 e 1 J g g PJ 2 2m 2
1 2
4 2 B 3
1 e 2 1 2 2 2 2m 3 2
证明： L—S
1
2
3
e 同上推导 : J g PJ 得证 2m
2m
1 1 例 ps电子组态的一个原子态 , 求 g = ? 2 2 1 1
j 1 j 1 1 s 1 s 1 1 l 1 l 1 1 2 g1 1 2 j 1 j 1 1 3
原子的总磁矩：
e j g Pj 2m
j j 1 ss 1 l l 1 朗德因子g 1 2 j j 1
i
gP
2 J J 1 J J 1 J p J p 1 J i J i 1 2J J 1
J s l J 0 S L J 0 ^ ^ S J 0 L J 0 S cos(SJ ) L cos(LJ ) e e 其中:s s1 s2 Ps Ps Ps PS m m e e L l1 l2 P l1 P l2 P l3 PL 2m
s1 s 2 2
l 1; l 0
1 2
j 2 j 2 1 s 2 s 2 1 0 g 2 1 11 2 2 j 2 j 2 1
1 e 1 J g g PJ 2 2m 2
1 2
4 2 B 3
1 e 2 1 2 2 2 2m 3 2
证明： L—S
1
2
3
e 同上推导 : J g PJ 得证 2m
2m
1 1 例 ps电子组态的一个原子态 , 求 g = ? 2 2 1 1
j 1 j 1 1 s 1 s 1 1 l 1 l 1 1 2 g1 1 2 j 1 j 1 1 3
原子的总磁矩：
原子物理学(X射线)ppt课件
– K系列:谱线: K , K , K , … , – L系列:谱线: L , L , L , … , – M系列:谱线: M , M , M , … , – N系列:谱线: N , N , N , … ,
• K谱线频率莫塞莱经验公式
K 0.2461016(ZK)2H z K1
莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法 .
• 康普顿散射的实验装置 • 康普顿散射的实验规律 • 经典考虑 • 量子解释 • 几点讨论 • 康普顿散射与基本测量
.
5.3.1.康普顿散射的实验装置
X 射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质. )
X 射线谱仪
.... .. .............................................................................
h
0
n0
h
n
m
v
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
m c2m oc2h(0-)m oc2hc( 1 0- 1)
(m c2 )2 (m o c2 )2 2 m o c 3 h (1-1) (h c )2 (1-1)2
0
0
(mv)2(h0)2(h)22h02 cosj .
5.3.4.量子解释(3)
5.1.4.X射线的衍射(1)
• 电磁波通过狭缝衍射
–要求波长与狭缝的大小同数量级
• X射线波长数量级:0.1nm
– 0.1nm的狭缝难以制造
• 晶体: 原子(格点)有规则排列的结构
– 晶格常数d : 相邻格点的距离 – 晶格常数d的数量级与X射线波长数量级相同
• K谱线频率莫塞莱经验公式
K 0.2461016(ZK)2H z K1
莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法 .
• 康普顿散射的实验装置 • 康普顿散射的实验规律 • 经典考虑 • 量子解释 • 几点讨论 • 康普顿散射与基本测量
.
5.3.1.康普顿散射的实验装置
X 射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质. )
X 射线谱仪
.... .. .............................................................................
h
0
n0
h
n
m
v
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
m c2m oc2h(0-)m oc2hc( 1 0- 1)
(m c2 )2 (m o c2 )2 2 m o c 3 h (1-1) (h c )2 (1-1)2
0
0
(mv)2(h0)2(h)22h02 cosj .
5.3.4.量子解释(3)
5.1.4.X射线的衍射(1)
• 电磁波通过狭缝衍射
–要求波长与狭缝的大小同数量级
• X射线波长数量级:0.1nm
– 0.1nm的狭缝难以制造
• 晶体: 原子(格点)有规则排列的结构
– 晶格常数d : 相邻格点的距离 – 晶格常数d的数量级与X射线波长数量级相同
原子物理学_课件PPT课件
总的微分散射截面
d ' md nAtd
第35页/共48页
d
dN I
a 4
2
1
sin4
d
2
d ' md dN '
I
d
'
nAt
a 4
2
1
sin4
d
2
dN ' I
nAt
a 4
2
1
sin 4
d
dN '
AId
nt
a 4
2
1
sin 4
2
2
dN '
Nd
nt
a 4
2
1
sin4
第12页/共48页
Sir Joseph John Thomson
汤姆逊被誉为:“一位最 先打开通向基本粒子物 理学大门的伟人.”
J.J. Thomson 1897 放电管
1906诺贝尔物理学奖
第13页/共48页
加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。
再加磁场B后，射线不偏转， qB qE E / B 。
第8页/共48页
1833年 法拉第电解定律
W M Q F
1857年德国玻璃工海因里希·盖斯勒发明了更好的泵来抽 真空，由此发明了盖斯勒管
1858德国普吕克利用“盖斯勒管”研究气体放电，辉光现 象随磁场变化改变形状
1869其学生西多夫10万分之一大气压下，物体置入阴极 与荧光屏之间会有影子，射线起源于阴极，射线直线传播
第3页/共48页
机械原子学说 17世纪 Newton
原子
有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体
原子的运动是机械位移，遵守力学定律
d ' md nAtd
第35页/共48页
d
dN I
a 4
2
1
sin4
d
2
d ' md dN '
I
d
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a 4
2
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第12页/共48页
Sir Joseph John Thomson
汤姆逊被誉为:“一位最 先打开通向基本粒子物 理学大门的伟人.”
J.J. Thomson 1897 放电管
1906诺贝尔物理学奖
第13页/共48页
加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。
再加磁场B后，射线不偏转， qB qE E / B 。
第8页/共48页
1833年 法拉第电解定律
W M Q F
1857年德国玻璃工海因里希·盖斯勒发明了更好的泵来抽 真空，由此发明了盖斯勒管
1858德国普吕克利用“盖斯勒管”研究气体放电，辉光现 象随磁场变化改变形状
1869其学生西多夫10万分之一大气压下，物体置入阴极 与荧光屏之间会有影子，射线起源于阴极，射线直线传播
第3页/共48页
机械原子学说 17世纪 Newton
原子
有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体
原子的运动是机械位移，遵守力学定律
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•>>
的运动
•
------ 强磁场中塞曼效应的磁能级分裂公式
•
非守恒量；
•L2，S2，Lz ，Sz ： 守恒量； •L，S，ML ，MS ： 好量子数。
•
• 能量关系 ：
•5.3.5
帕邢－贝克效
应 •一 强磁场中的塞曼效应
• 因为，gL＝gl =1， gS＝gs =2 •( Why?)
• 能级跃迁 •E2－E1＝（E2＋E2）-（E1＋E1
• • 例如：碱金属原子的基态 2S1/2，
•
对 I＝1/2 （核自旋量子数）
• j =1/2, I =1/2,
• F = 1,0 （无磁场时为两个
•
能级：超精细结构）
•在弱磁场中时，对F= 1能级 • ，mF ＝0, 1（分裂为三个磁能级）
•E F, B＝gF mF BB＝0， gF BB
•对F= 0能级， •mF ＝0（能级不分裂）。
•按电偶极跃迁选择定则： l = 1，磁能级间无跃迁！
•
•
情况2: 在外磁场中，如果属强场，按角动量矢量模型
• 其中，
• 所以， • 其中，
• Why?
• 所以: •Ej,I, B ＝mj gj B B ＋ a mjmI
• • 例如：碱金属原子的基态 2S1/2，
•
对 I＝1/2 （核自旋量子数
•共产生3条谱线！
• •5.3.6
有超精细结构时的塞曼能级分裂
• 回顾：在第三章中介绍， • 原子中电子的轨道角动量
和自旋角动量 的耦合
• 形成原子能级的精细结构；
• j = l+s, ……, l-s
• 原子中电子的总角动量
和原子核的角动量
• 耦合形成原子能级的超精细结构。
•F = I+j, ……, I-j
）• 因为，
•
( mj gj B B > a mj mI ),
• 先计算 mj gj B B：
• j =1/2, mj =1/2, -1/2, gj = gs = 2
• mj gj B B = BB ，－BB
• 再计算 a mj mI ：
• 对 mj =1/2，I＝1/2；mI ＝1/2
•
a mj mI ＝ a /4
•
•
情况1: 在外磁场中，如果B属弱场，按角动量矢量模
型
• F2是守恒量, F是可用的好量子数 •的作用能：
•（ ：原子的总磁矩）
•＝gF mF BB
• 式中，mF ＝0，1，……，F （原子总角动量的磁量 • 子数）， gF（原子总角动量的G因子，类似gJ ，可自推 • 导）。 可见：超精细能级在磁场中将进一步分裂。
= 2
•0 －(BB / h) = 3
• 结论：在强磁场中，任意一条谱线都分裂为三条谱线
。
•------ 帕邢－贝克效 应
•仍以Na双线 ：589.6 nm 线（
）；
•
589.0 nm 线（
）.
• 强磁场中， 直接与强外场 耦合， 无耦合，无
•
•
上能级 ： 32P1/2 和 32P3/2
•
退化为： 3 2P
：
）
• ＝ 0 ＋(BB/ h) [（ML 2 +2 MS2）-（ML 1 +2 MS1）]
•
• ＝ 0 ＋(BB / h) [ML +2MS]
• 因为：ML＝1，0 ； MS＝0；[ML +2MS]= 1，0
•0 ＋(BB / h) = 1
• = 0 +(BB / h) [ML +2MS] = •0
原子物理学课件6
•
•III，角动量在磁场中的运动
• A，弱外磁场中，
的运动
•>>
•------弱磁场中（正常和反常 ）塞曼效应的磁能级分裂公式 • 守恒量和本征值 “一 一 对应” • 对应的量子数为好量子数。
量子数??
•
• B，强外磁场中，
• 对 mj = -1/2，I＝1/2；mI ＝1/2
•
a mj mI ＝ a /4
•按电偶极跃迁选择定则： l = 1，磁能级间无跃迁！
•
•精品课件
！
•
•精品课件
！
• S=1/2, MS =1/2, 1• /2;L=1, ML =1, 0, -1 .
• EL, S, B =（ML+2MS）BB
• 的值有五种组合。
• 下能级： 32S1/2 退化为：
•
3 2S
• S=1/2, MS =1/2, -1/2;
• L=0, ML= 0.
• EL, S, B 的值有两种组合。
的运动
•
------ 强磁场中塞曼效应的磁能级分裂公式
•
非守恒量；
•L2，S2，Lz ，Sz ： 守恒量； •L，S，ML ，MS ： 好量子数。
•
• 能量关系 ：
•5.3.5
帕邢－贝克效
应 •一 强磁场中的塞曼效应
• 因为，gL＝gl =1， gS＝gs =2 •( Why?)
• 能级跃迁 •E2－E1＝（E2＋E2）-（E1＋E1
• • 例如：碱金属原子的基态 2S1/2，
•
对 I＝1/2 （核自旋量子数）
• j =1/2, I =1/2,
• F = 1,0 （无磁场时为两个
•
能级：超精细结构）
•在弱磁场中时，对F= 1能级 • ，mF ＝0, 1（分裂为三个磁能级）
•E F, B＝gF mF BB＝0， gF BB
•对F= 0能级， •mF ＝0（能级不分裂）。
•按电偶极跃迁选择定则： l = 1，磁能级间无跃迁！
•
•
情况2: 在外磁场中，如果属强场，按角动量矢量模型
• 其中，
• 所以， • 其中，
• Why?
• 所以: •Ej,I, B ＝mj gj B B ＋ a mjmI
• • 例如：碱金属原子的基态 2S1/2，
•
对 I＝1/2 （核自旋量子数
•共产生3条谱线！
• •5.3.6
有超精细结构时的塞曼能级分裂
• 回顾：在第三章中介绍， • 原子中电子的轨道角动量
和自旋角动量 的耦合
• 形成原子能级的精细结构；
• j = l+s, ……, l-s
• 原子中电子的总角动量
和原子核的角动量
• 耦合形成原子能级的超精细结构。
•F = I+j, ……, I-j
）• 因为，
•
( mj gj B B > a mj mI ),
• 先计算 mj gj B B：
• j =1/2, mj =1/2, -1/2, gj = gs = 2
• mj gj B B = BB ，－BB
• 再计算 a mj mI ：
• 对 mj =1/2，I＝1/2；mI ＝1/2
•
a mj mI ＝ a /4
•
•
情况1: 在外磁场中，如果B属弱场，按角动量矢量模
型
• F2是守恒量, F是可用的好量子数 •的作用能：
•（ ：原子的总磁矩）
•＝gF mF BB
• 式中，mF ＝0，1，……，F （原子总角动量的磁量 • 子数）， gF（原子总角动量的G因子，类似gJ ，可自推 • 导）。 可见：超精细能级在磁场中将进一步分裂。
= 2
•0 －(BB / h) = 3
• 结论：在强磁场中，任意一条谱线都分裂为三条谱线
。
•------ 帕邢－贝克效 应
•仍以Na双线 ：589.6 nm 线（
）；
•
589.0 nm 线（
）.
• 强磁场中， 直接与强外场 耦合， 无耦合，无
•
•
上能级 ： 32P1/2 和 32P3/2
•
退化为： 3 2P
：
）
• ＝ 0 ＋(BB/ h) [（ML 2 +2 MS2）-（ML 1 +2 MS1）]
•
• ＝ 0 ＋(BB / h) [ML +2MS]
• 因为：ML＝1，0 ； MS＝0；[ML +2MS]= 1，0
•0 ＋(BB / h) = 1
• = 0 +(BB / h) [ML +2MS] = •0
原子物理学课件6
•
•III，角动量在磁场中的运动
• A，弱外磁场中，
的运动
•>>
•------弱磁场中（正常和反常 ）塞曼效应的磁能级分裂公式 • 守恒量和本征值 “一 一 对应” • 对应的量子数为好量子数。
量子数??
•
• B，强外磁场中，
• 对 mj = -1/2，I＝1/2；mI ＝1/2
•
a mj mI ＝ a /4
•按电偶极跃迁选择定则： l = 1，磁能级间无跃迁！
•
•精品课件
！
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• S=1/2, MS =1/2, 1• /2;L=1, ML =1, 0, -1 .
• EL, S, B =（ML+2MS）BB
• 的值有五种组合。
• 下能级： 32S1/2 退化为：
•
3 2S
• S=1/2, MS =1/2, -1/2;
• L=0, ML= 0.
• EL, S, B 的值有两种组合。