高中原子物理教程
原子物理学课件第1-3章
1 2 1 2Ze 2 Mv Mv 2 2 4 0 rm
有心力场中，角动量守恒
2
Mvb Mvrm
2Ze2 1 14 rm (1 ) ~ 10 m 2 4 0 Mv sin 2
5.对a粒子散射实验的说明
（1）散射截面的问题
（2）大角散射和小角散射的问题 （3）核外电子的问题
的粒子所对应的一个原子的有效截面dσ。 一个粒子打在d 的可能性多大?
4 Mv
a
2 2 2
Ze 4 sin 4 0 2
d
1
Mv
2 2
sin
4
d
问题:
设：靶的面积为A，厚度 t 很小（前后不遮蔽） 单位体积内原子数为N。 靶子共有原子总数是 N A t N 对每个原子有一个---- dσ 总有效散射面积------- d N d N Atd
1896年，贝克勒耳发现放射性
1897年，汤姆逊发现电子 1900年，普朗克黑体辐射理论 1911年，卢瑟福原子模型 1913年，波尔氢原子理论
《原子物理》的研究内容： （1）原子.分子结构.性质. 运动规律及相互作用。 （2）以及由此如何决定物体宏观性质等问题. 重点：单（价）电子原子 双价电子原子
（1）单次散射 （2）靶核不动 （3）只有库仑力 （4）电子作用忽略
（2）卢瑟福公式 打在 b~b+db上
落在 d环内
散射截面：
db b
d
dR
R
d 2bdb b
d
2
b
r
2
1 1 dS 2 RdR 2 ctg d d 2 2 2 2 2 2 2 sin / 2 r r Mv
《原子物理》课程教学大纲
《原子物理》课程教学大纲课程名称：原子物理课程类别：专业必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：56学时 3.5学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标原子物理学属普通物理范畴，是力学、电磁学和光学的后续课程，是物理专业的一门重要基础课。
本课程着重从物理实验规律出发，引进近代物理关于微观世界的重要概念和原理，探讨原子的结构和运动规律，介绍在现代科学技术上的重大应用。
通过本课程的教学，使学生建立丰富的微观世界的物理图象和物理概念。
通过对重要实验现象以及理论体系逐步完善过程的分析，培养学生分析问题和解决问题的能力。
本课程是量子力学、固体物理学、原子核物理学、近代物理实验等课程的基础课。
课程教学目标如下：课程教学目标1：使学生初步了解并掌握原子的结构和运动规律，了解物质世界的原子特性，原子层次的基本相互作用，为今后继续学习量子力学、固体物理学、近代物理实验等课程打下坚实基础。
课程教学目标2：使学生了解并适当涉及一些正在发展的原子物理学科前沿，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现，培养其良好的科学素质。
的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求理解原子壳式结构，了解原子物理学的发展和学习方法。
掌握原子能量级概念和光谱的一般情况。
理解氢原子的波尔理论，了解富兰克-赫兹实验。
了解氢原子能量的相对论效应。
了解盖拉赫实验，理解原子的空间取向量子化，理解物质的波粒二象性了解不确定原则。
理解波函数及其物理意义和薛定谔方程。
了解碱金属光谱的精细结构，电子自旋轨道的相互作用。
理解两个价电子的原子态，了解泡利原理。
理解原子磁矩及外磁场对原子的作用，了解顺磁共振和塞曼效应，掌握原子的壳层结构和原子基态的电子组态。
了解康普顿效应，理解X 射线的衍射。
执行本大纲应注意的问题：1.原子物理学是一门实验性很强的学科，关于原子结构的一切知识均建立在实验的基础上，学生在学习过程中应特别注重这一点。
新教材人教版高中物理选择性必修第三册 4.3原子的核式结构模型 教学课件
第十一页，共二十八页。
⑶α粒子散射实验现象
①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
1
②少数α粒子（约占 80）00发生了大角度偏转。 ③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
第十二页，共二十八页。
2、对α粒子散射实验的解释
⑴大角度的偏转不可能是电子造成的 因为电子的质量只有α粒子的
第八页，共二十八页。
通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又 很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，原 子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
汤姆孙——西瓜模型（枣糕模型） 原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。
前公认的电子电荷e的值为：
e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C
密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的 整数倍。
从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量
为：
me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg
质子质量与电子质量的比值为： mp 1836 me
原子核的电荷数就是核中的质子数。
核半径的数量级为10-15 m 原子内十分空旷
第十七页，共二十八页。
典例分析
【例题1】美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根
油滴实验.两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向
竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止.
tan s L
原子物理学课程学习资料
《原子物理学》课程学习资料（2011年5月许迈昌编写）一、教学目的：本课程是应用物理学的一门专业基础课，属普通物理课程，其任务使学生掌握原子的组成成份，理解组成原子的电子、原子核之间的相互作用及电子的运动规律，理解原子的量子理论，理解电子的量子角动量和量子磁矩，理解磁场对原子磁矩的作用，理解原子能级结构，理解原子辐射规律和原子光谱．理解原子核的组成以及核衰变、核反应等现象．了解原子物理的实验方法及具体应用，提高学生科学研究的素质． 二、课程内容要求第一章 原子的位形：卢瑟福模型理解电子和原子核的电量、质量和大小量级，使学生掌握原子线度及组成成份，掌握原子的卢瑟福有核模型，理解α粒子散射的实验和理论．瞄准距离21201cot ,224Z Z e a b a Eθπε==第二章 原子的量子态：玻尔模型理解黑体辐射、光电效应规律，使学生理解微观领域物理量的量子化规律，逐步理解微观领域的研究方法，理解原子核对核外电子的基本作用——库仑场，理解玻尔原子量子能级（假说）与原子光谱（实验测量）的关系．光量子的能量与动量,/E h p h c νν==，类氢离子光谱波数242222230211111(),,()(4)21e A A e e Ae m E R R Z R R m c m n n ch hc hc m παλπε∞=-===='+。
第三章 量子力学导论：理解波粒二象性,/,E h h p p mv νλ===、不确定关系/2,/2x x p E t ∆∆≥∆∆≥ 、波函数、概率密度2P ψ=、态叠加原理，薛定谔方程等概念与规律．使学生了解研究微观领域的基础——量子力学的基本概念和基本理论，掌握原子的角动量量子规则． 第四章 原子的精细结构：电子的自旋理解原子磁矩、电子自旋的概念，使学生掌握微观领域独有的自旋运动，理解自旋与轨道相互作用，理解关于原子角动量的矢量模式，理解原子角动量的耦合方式，理解原子磁矩与原子角动量的关系，理解磁场对原子磁矩的作用，理解原子光谱精细结构产生的原因，理解塞曼效应与原子角动量的关系．222ˆˆ31()ˆ22J SL g J-=+，,j z j j B m g μμ=-，0,1,2,,j m j=±±± ，类氢原子L-S 耦合43()2(1)Z U E n l l α∆=+，2211()4e eB m g m g m ννπ'=+-，帕刑-巴拉克效应(2)2s L ee BU m m m =+ ， 第五章 多电子原子：泡利原理理解氦光谱和能级、角动量耦合、泡利原理、周期表、多电子组态和原子能态、洪特定则的内容．掌握两个角动量耦合的一般法则，理解两个价电子原子的光谱和能级，理解泡利原理，了解元素周期表、原子壳层理论，了解多电子组态和原子能态的关系，了解用ML 投影方法给出原子基态．第六章X射线：理解X射线产生的机制，了解X射线的吸收，了解吸收限、掌握康普顿散射．第七章原子核物理学概论：认识核的基本特性，掌握结合能、核自旋、核磁矩等概念，了解核力、核结构模型，了解核衰变的统计规律、α衰变、β衰变、了解γ衰变．参考书目1 韦斯科夫．二十世纪物理学．科学出版社，19792 费米夫人．原子在我家中．科学出版社，19793 王福山．近代物理学史研究（一）（1983），（二）（1986）．复旦大学出版社．二、部分习题(一)论述题1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。
《原子物理学》(杨福家) 讲义
《原子物理学》讲义教 材：杨福家《原子物理学》高等教育出版社.2000.7第三版参考教材：褚圣麟《原子物理学》人民教育出版社.1979.6第一版作者简介：1936年6月出生于上海，著名科学家，中科院院士。
1958年复旦大学物理系毕业后留校任教，1960年担任复旦大学原子核物理系副主任。
此后历任中国科学院上海原子核研究所所长、复旦大学研究生院院长、复旦大学校长、上海市科协主席等职。
又受原本只有王室成员和有爵位的人才能担任校长的英国诺丁汉大学的聘请，于2001年出任该校第六任校长。
2004年兼任宁波诺丁汉大学校长。
1984年获国家级“有突出贡献的中青年专家”称号。
1991年当选为中国科学院院士，领导、组织并建成了基于加速器的原子、原子核物理实验室，完成了一批引起国际重视的研究成果。
撰有《原子物理学》、《应用核物理》等专著。
课程简介：《原子物理学》是20世纪初开始形成的一门学科，主要研究物质结构的“原子”层次。
随着近代物理学的发展，原子物理学的知识体系也在不断更新和充实。
原子物理学的发展导致量子理论的发展，而量子力学又使原子物理学得以完善。
《原子物理学》这门课程是在经典物理课程（力学、热学、电磁学、光学）之后的一门重要必修课程。
它以力、热、光、电磁等课程的知识为基础，从物理实验规律出发，引进量子化概念，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律，从微观机制解释物质的宏观性质，同时介绍原子物理学知识在现代科学技术上的重大应用。
本课程强调物理实验的分析、微观物理概念和物理图像的建立和理解。
通过本课程教学，使学生初步了解物质的微观结构和运动规律，了解物质世界中三个递进的结构层次，为学习量子力学和后续专业课程打下基础。
本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
部分内容由学生自行学习。
本课程原则上采用SI 单位制，同时在计算中广泛采用复合常数以简化数值运算。
[通常用0A (cm A 80101-=)描写原子线度，用fm (m fm 15101-=)描写核的线度，用eV 、MeV 描述原子和核的能量等。
高中物理原子物理课件.ppt
(2)三种射线
种类 实质 带电量 速度
贯穿本领
对空气的 电离作用
α射线 高速氦核流
2e 0.1c 最弱， 用纸能挡住
β射线 高速电子流
－e 0.99c 较强，穿透几 毫米厚的铝板
γ射线 光子
0 c 最强，穿透几 厘米厚的铅板
最强
较弱
最弱
(3)原子核的衰变 α 衰变与 β 衰变方程(电荷数守恒、质量数守恒) α 衰变：AZX―→AZ－－24Y＋42He(2 个质子和 2 个中子结合成 一整体射出)，在磁场中衰变后形成两个外切圆，大圆对应 α 粒子。 β 衰变：AZX―→ Z＋A1Y＋－01e(中子转化为质子和电子)，在 磁场中衰变后形成两个内切圆，大圆对应 β 粒子。 α 衰变和 β 衰变次数的确定方法：先由质量数守恒确定 α 衰变的次数，再由核电荷数守恒确定 β 衰变的次数。
2．研究能级跃迁问题时，将光子和实物粒子混淆。 3．对半衰期的统计规律不理解。 4．书写核反应方程时误将“―→”写成“＝”。 5．混淆质量数与质量两个不同的概念。 6．误以为一个原子核在一次衰变中可同时放出 α、β 和 γ 三种射线。 7．误以为只要有核反应发生，就一定会释放出核能。
[保温训练·试一试]
(6)爱因斯坦质能方程：E＝mc2。 核能的计算 ①若 Δm 以千克为单位，则 ΔE＝Δmc2。 ② 若 Δm 以 原 子 的 质 量 单 位 u 为 单 位 ， 则 ΔE ＝ Δm×931.5 MeV。 质量亏损 Δm：组成原子核的核子的质量与原子核的质 量之差。
[易错易混·醒一醒]
1．在氢原子跃迁中，混淆一个和一群处于激发态的氢原 子发出的光谱线条数。
1．(2017·江西吉安一中段考)用如图所示装置
研究光电效应现象，阴极 K 与滑动变阻器
高中物理竞赛原子物理教案7篇
高中物理竞赛原子物理教案7篇高中物理竞赛原子物理教案7篇作为一名人民教师，课堂教学是重要的工作之一，教学的心得体会可以总结在教学反思中，经过物理学本科阶段的专业学习和训练，学生应具备在物理学及相关学科进一步深造的基础，那么应当如何写教案呢？以下是小编为大家带来的初中物理教学教案7篇，欢迎大家参考。
高中物理竞赛原子物理教案篇1初二是物理学科开始学习的起始点，更是一个关键点，无论是老师还是学生都要从心理上重视。
在如今素质教育的改革大潮中，作为实施者——教师，则更应该积极探索以适应新教材的改革，社会的需要。
激励是指激发人的动机的心理过程，通过激励使人在某种内部或外部刺激的影响下，始终维持在一个兴奋的、积极状态之中。
因此在素质教育中实施激励性教育是势在必行。
在初二物理教学中笔者积极探索激励性教育，发现激励性教育在物理教学中能起非常重要的作用，激励性教育是指：用激励性语言、行动去触动心灵的心理教育。
其宗旨是以“情”为主体，感化或促进提高。
笔者通过实践、反复调整、修正，最后总结出以下几个方面。
包括：①启发式教学、奖励式授课。
②层次性、渐进性提问与追问。
③赞许式评价。
一、启发性教学、奖励式授课：在课堂教学中，充分利用45分钟，使这45分钟高质量高效率！1指导学生如何预习新章节。
预习是学习好物理的起点，首先通读全文找出重点，用红笔将重点画出来，并将这些重点记在预习本上。
其次，寻找疑点也是预习的精华，是经过反复思考，依然寻找不到解答的知识点，将这些疑点都写在疑点本上，并用红笔勾画出，作为标记，上课要注意听。
再者，将预习到的知识和后面的小试验小制作联系起来，如果能做，自己做一做，锻炼自己的动手与动脑、逻辑思维、判断能力。
最后，做一下预习反馈，将本、书合上，分析这一章节讲了什么，头脑中要有一个知识网络，并和相应的习题做一下对照，看一看自己是否能解答。
（用铅笔写）2授课过程以教师起主导作用，学生起主体作用为主线，以教与学为重点，贯穿整个课堂。
高中物理原子物理公开课PPT课件
③入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时 的，一般不会超过10－9s.
④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的大小与入射 光的强度成正比．
(2)光电效应方程 ①光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W0的 关系为12mv2＝hν－W0. ②极限频率νc＝Wh0.
考点4 核反应方程和核能
一、基础知识梳理 1．几种核反应 (1)天然衰变： ①α衰变：AZX→AZ－－24Y＋42He ②β衰变：AZX→Z＋A1Y＋0－1e (2)人工转变：
1．α衰变、β衰变的比较
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
AZX→AZ－－24Y＋42He 2个质子和2个中子结
AZX→ZA＋1Y＋－01e 1个中子转化为1
(2)方法2：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数 和核电荷数守恒列方程求解．
2．核能的计算方法 (1)根据爱因斯坦的质能方程，用核子结合成原子核时质量 亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速(c＝3×108 m/s)的平方， 即：ΔE＝Δmc2(焦耳)． (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能 量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.
考点3 氢原子能级跃迁 光电效应
一、基础知识Biblioteka 理 1．玻尔理论 (1)定态：能量不连续，电子绕核运动不向外辐射能 量，原子处于稳定状态．En＝E1/n2(n＝1,2,3，…)，E1＝－ 13.6 eV. (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，吸收 或辐射光子的能量为hν＝|E初－E末|.
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核 运动相对应，半径是不连续的．
高中物理原子物理课
高中物理原子物理课一、教学任务及对象1、教学任务本次教学任务为高中物理原子物理课程。
本课程旨在帮助学生理解原子物理学的基本概念、原理及其应用，掌握原子结构、原子光谱、量子力学初步等知识，培养科学思维和探究能力，激发学生对物理学科的兴趣和热情。
教学内容包括：原子结构、原子光谱、玻尔理论、量子力学初步、原子的物理性质及原子核的组成等。
通过本课程的学习，使学生能够了解原子物理学的发展历程，认识原子物理学在科学技术发展中的重要作用，为后续学习打下坚实基础。
2、教学对象教学对象为高中二年级学生，他们已经具备了一定的物理基础知识，如力学、电磁学等，具有一定的逻辑思维和抽象思维能力。
但在原子物理学方面，学生的知识储备相对有限，对一些抽象概念和理论可能存在理解困难。
因此，在教学过程中，需要关注学生的认知水平，采用适当的教学策略，帮助他们克服困难，提高学习效果。
同时，要注重激发学生的学习兴趣，培养他们的科学素养和创新能力。
二、教学目标1、知识与技能（1）掌握原子结构的基本组成，了解原子核和电子的相互作用。
（2）理解原子光谱的产生原理，掌握光谱与原子结构的关系。
（3）学习玻尔理论，了解量子数、能级等概念，并能运用其解释原子光谱现象。
（4）初步了解量子力学的基本原理，如不确定性原理、波粒二象性等，认识量子力学在原子物理学中的重要性。
（5）了解原子的物理性质，如电离能、亲和能等，并能应用于实际问题分析。
（6）掌握原子核的组成，了解核反应的基本过程。
2、过程与方法（1）通过问题驱动、案例教学等方法，引导学生主动探究原子物理学的相关概念和原理。
（2）运用实验、动画等直观教学手段，帮助学生形象地理解抽象的原子物理学知识。
（3）采用小组讨论、合作学习等方式，培养学生的团队协作能力和交流沟通能力。
（4）利用课后作业、课堂练习等形式，巩固学生的知识掌握，提高解题能力。
（5）鼓励学生参与科学探究活动，培养他们的创新思维和问题解决能力。
原子物理PPT课件 人教版
Y
01 e
每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增
加1，质量数不变．β衰变的实质是元素的原子核内的一
个中子变成质子时放射出一个电子．
(核内
01n
11H
0 1
e
)
考点理解（3γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的、
γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．其实质是放射性 原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具 有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子． (4)半衰期:是放射性元素的大量原子核有半数发生衰变需要的时
和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法
中正确的有
A.打在图中a、b、c点的依次是α射线、γ射线和β射线
B.α射线和β射线的轨迹是抛物线 C.α射线和β射线的轨迹是圆弧
AC
D.如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的
匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b
ａ
ｂ Ａ
ｃ
考点理解 3、原子核的衰变规律
【例7】若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天,
则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比，即
mA ：mB 是( C )
A、30∶31 B、31∶30
C、1∶2 D、2∶1
规律方法
【例7】如图所示，两个相切的圆表示一个
静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀
强磁场中的运动轨迹，可能的是（
原子物理
考点理解 一、原子的核式结构模型
1、汤姆生的“枣糕”模 型（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复 杂结构． (2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整 个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．
高三物理最新教案-高三物理原子物理复习教案
高三物理最新教案-高三物理原子物理复习教案第十四章原子物理一、原子模型1.汤姆生模型汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。
2.卢瑟福的核式结构模型α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。
这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。
卢瑟福α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。
α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。
3.玻尔模型 n E/eV ⑴玻尔的三条假设①轨道量子化rn=n2r1 r1=×10-10m ②能量量子化：EnE21n E1=-∞ 0 4 - 3 - E2 2 - E1 ③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν=Em-EnE3 1 -氢原子的能级图⑵从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是于碰撞。
原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。
⑶玻尔理论的局限性。
于引进了量子理论，玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。
但于它保留了过多的经典物理理论，所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。
例1. 用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。
停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率低到高依次为ν1、ν2、ν3，此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①hν1；②hν3；③h(ν1+ν2)；④h(ν1+ν2+ν3) 以上表示式中A.只有①③正确B.只有②正确C.只有②③正确D.只有④正确解：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明这时氢原子处于第三能级。
根据玻尔理论应该有hν3=E3- E1，hν1=E3- E2，hν2=E2- E1，可见hν3= hν1+ hν2= h(ν1+ν2)，所以照射光子能量可以表示为②或③，答案选C。
《原子物理学》PPT课件
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
高中原子物理教程
1、2 原子核原子核所带电荷为+Ze ，Z 是整数，叫做原子序数。
原子核是由质子和中子组成，两者均称为核子，核子数记为A ，质子数记为Z ，中子数便为A-Z 。
原子的元素符号记为X ，原子核可表述为X AZ ，元素的化学性质由质子数Z 决定，Z 相同N 不同的称为同位素。
在原子物理中，常采用原子质量单位，一个中性碳原子质量的121记作1个原子单位，即lu=kg 271660566.1-⨯。
质子质量：。
u m 007226.1=ρ中子质量：。
u m n 008665.1=电子质量：。
u m e 000549.0=1．2．1、结合能除氢核外，原子核X AZ 中Z 个质子与（A-Z ）个中子静质量之和都大于原子核的静质量X M ，其间之差： ()[]x n M m Z A Zm M --+=∆ρ称为原子核的质量亏损。
式中、分别为质子、中子的静质量。
造成质量亏损的原因是核子相互吸引结合成原子核时具有负的能量，这类似于电子与原子核相互吸引力结合成原子时具有负的能量（例如氢原子处于基态时电子轨道能量为-13.6eV ）。
据相对论质能关系，负能量对应质量亏损。
质量亏损折合成的能量：2Mc E ∆=∆称为原子核的结合能，注意结合能取正值。
结合能可理解成为了使原子核分裂成各个质子和中子所需要的外加你量。
A E∆称为核子的平均结合能。
1．2．2、天然放射现象天然放射性元素的原子核，能自发地放出射线的现象，叫天然放射现象。
这一发现揭示了原子核结构的复杂性。
天然放射现象中有三种射线，它们是：α射线：速度约为光速的1/10的氦核流（He24），其电离本领很大。
β射线：速度约为光速的十分之几的电子流（e1-），其电离本领较弱，贯穿本领较弱。
γ射线：波长极短的电磁波，是伴随着α射线、β射线射出的，其电离本领很小，贯穿本领最强。
1．2．3、原子核的衰变放射性元素的原子核放出某种粒子后，变成另一种新核的现象，叫做原子核的衰变，衰变过程遵循电荷守恒定律和质量守恒定律。
物理高中原子物理教学
物理高中原子物理教学一、教学任务及对象1、教学任务本次教学任务围绕高中物理中的原子物理模块展开。
原子物理是高中物理教学的重要组成部分，旨在帮助学生了解和掌握原子结构、原子光谱、量子力学基础等基本概念，以及原子物理在实际应用中的重要性。
通过本模块的学习，学生将深入理解微观世界的奥妙，激发他们对物理学科的兴趣和探究欲望。
具体包括以下内容：（1）原子结构：原子核、电子云、能级等基本概念；（2）原子光谱：光谱的产生、谱线的特点及其应用；（3）量子力学基础：波粒二象性、不确定性原理、波函数等；（4）原子物理应用：原子钟、激光、原子吸收光谱等。
2、教学对象本次教学的对象为高中二年级学生，他们已经具备了一定的物理知识基础，如力学、电磁学等，同时具有一定的抽象思维能力。
然而，由于原子物理概念较为抽象，学生可能在学习过程中遇到理解困难。
因此，在教学过程中，教师需要关注学生的认知特点，采用适当的教学策略，引导他们逐步深入理解原子物理的内涵。
此外，针对不同学生的学习兴趣和能力，教师应注重因材施教，激发学生的学习兴趣，提高他们的自主学习能力。
二、教学目标1、知识与技能（1）理解原子结构的基本组成，掌握原子核、电子云、能级等概念；（2）了解原子光谱的产生原因，掌握谱线的特点及其应用；（3）了解量子力学基础，包括波粒二象性、不确定性原理、波函数等；（4）掌握原子物理在实际应用中的技术，如原子钟、激光、原子吸收光谱等；（5）能够运用原子物理知识解释生活中的现象，提高理论联系实际的能力。
2、过程与方法（1）通过小组讨论、实验观察、问题探究等教学活动，培养学生的合作意识和探究精神；（2）运用比较、分析、归纳等方法，帮助学生理解原子物理的基本概念和原理；（3）采用案例教学、实际问题解决等方式，提高学生分析问题和解决问题的能力；（4）利用多媒体、网络资源等教学手段，丰富教学形式，提高学生的学习兴趣。
3、情感，态度与价值观（1）激发学生对原子物理的兴趣，培养他们探究微观世界的热情；（2）引导学生树立科学的世界观，认识到科学技术的进步对人类社会发展的重要性；（3）培养学生严谨、求实的科学态度，让他们在学习过程中遵循科学方法，遵循逻辑推理；（4）通过原子物理的学习，使学生认识到我国在相关领域的发展成果，增强民族自豪感；（5）教育学生关爱环境，关注原子物理在环保方面的应用，提高他们的社会责任感。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一原子物理自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。
本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。
§1.1 原子1．1．1、原子的核式结构1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的。
1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。
1911年，卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说，这个学说的内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。
1、1．2、氢原子的玻尔理论1、核式结论模型的局限性通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。
电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。
由此可得两点结论：①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统；②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。
原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。
如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。
为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。
2、玻尔理论的内容：一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。
二、原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即γh =E 2-E 1三、氢原子中电子轨道量子优化条件：氢原子中，电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系：π2hnrmv =，n=1、2……其中m 为电子质量，h 为普朗克常量，这一条件表明，电子绕核的轨道半径是不连续的，或者说轨道是量子化的，每一可取的轨道对应一个能级。
定态假设意味着原子是稳定的系统，跃迁假设解释了原子光谱的离散性，最后由氢原子中电子轨道量子化条件，可导出氢原子能级和氢原子的光谱结构。
氢原子的轨道能量即原子能量，为r e kmv E 2221-= 因圆运动而有222r e k r v m =由此可得r e kE 22-= 根据轨道量子化条件可得：mr hnv π2=，n=1，2……因22mv e k r =，便有2222224h n r m m ke r π⋅= 得量子化轨道半径为：22224kme h n r n π=，n=1，2……式中已将r 改记为r n 对应的量子化能量可表述为：224222h n e mk E n π-=，n=1，2……n=1对应基态，基态轨道半径为22214k me h r π=计算可得：m r 1111029.5-⨯==0.529Ar 1也称为氢原子的玻尔半径基态能量为242212h e mk E π-=计算可得： E 1=6.13-eV 。
对激发态，有：2112,n E E r n r n n ==，n=1，2…n 越大，r n 越大，E n 也越大，电子离核无穷远时，对应0=∞E ，因此氢原子的电离能为：eV E E E E 6.1311=-=-=∞电离电子从高能态E n 跃迁到低能态E m 辐射光子的能量为：m n E E hv -=光子频率为)11(221m n h E h E E v m n -=-=，m n >因此氢原子光谱中离散的谱线波长可表述为：1111)1(22--⋅==m n E hc r c λ，m n >试求氢原子中的电子从第n 轨道迁跃到n-1第轨道时辐射的光波频率，进而证明当n 很大时这一频率近似等于电子在第n 轨道上的转动频率。
辐射的光波频率即为辐射的光子频率γ，应有)(11--=n n E E hν将224222h n e mk E n π-= 代入可得223422223422)1(1221)1(12--⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅=n n n h me k n n h me k ππν 当n 很大时，这一频率近似为334224h n me k πν=电子在第n 轨道上的转动频率为：222n nn n n n r m r mv r U f ⋅⋅==ππ将π2hn r mv n n ⋅=代入得νπ==334224h n me k f n因此，n 很大时电子从n 第轨道跃迁到第n-1轨道所辐射的光波频率，近似等于电子在第n 轨道上的转动频率，这与经典理论所得结要一致，据此，玻尔认为，经典辐射是量子辐射在∞→n 时的极限情形。
1、1．3、氢原子光谱规律1、巴耳末公式研究原子的结构及其规律的一条重要途径就是对光谱的研究。
19世纪末，许多科学家对原子光谱已经做了大量的实验工作。
第一个发现氢原子线光谱可组成线系的是瑞士的中学教师巴耳末，他于1885年发现氢原子的线光谱在可见光部分的谱线，可归纳为如下的经验公式⎪⎭⎫⎝⎛-=221211n R λ，n=3，4，5，…式中的λ为波长，R 是一个常数，叫做里德伯恒量，实验测得R 的值为1.096776⨯1071-m 。
上面的公式叫做巴耳末公式。
当n=3，4，5，6时，用该式计算出来的四条光谱线的波长跟从实验测得的αH 、βH 、γH 、δH 四条谱线的波长符合得很好。
氢光谱的这一系列谱线叫做巴耳末系。
2、里德伯公式1896年，瑞典的里德伯把氢原子光谱的所有谱线的波长用一个普遍的经验公式表示出来，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2221111n n R λn=1，2，3…112+=n n ，21+n ，31+n … 上式称为里德伯公式。
对每一个1n ，上是可构成一个谱线系：11=n ，22=n ，3，4…莱曼系（紫外区） 21=n ，32=n ，4，5…巴耳末系（可见光区） 31=n ，42=n ，5，6…帕邢系（红外区） 41=n ，52=n ，6，7…布拉开系（远红外区）51=n ，62=n ，7，8…普丰德系（远红外区）以上是氢原子光谱的规律，通过进一步的研究，里德伯等人又证明在其他元素的原子光谱中，光谱线也具有如氢原子光谱相类似的规律性。
这种规律性为原子结构理论的建立提供了条件。
1、1．4、玻尔理论的局限性：玻尔原子理论满意地解释了氢原子和类氢原子的光谱；从理论上算出了里德伯恒量；但是也有一些缺陷。
对于解释具有两个以上电子的比较复杂的原子光谱时却遇到了困难，理论推导出来的结论与实验事实出入很大。
此外，对谱线的强度、宽度也无能为力；也不能说明原子是如何组成分子、构成液体个固体的。
玻尔理论还存在逻辑上的缺点，他把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又给予它们量子化的观念，失败之处在于偶保留了过多的经典物理理论。
到本世纪20年代，薛定谔等物理学家在量子观念的基础上建立了量子力学。
彻底摒弃了轨道概念，而代之以几率和电子云概念。
例题1：设质子的半径为m 1510-，求质子的密度。
如果在宇宙间有一个恒定的密度等于质子的密度。
如不从相对论考虑，假定它表面的“第一宇宙速度”达到光速，试计算它的半径是多少。
它表面上的“重力加速度”等于多少？（1mol 气体的分子数是23106⨯个；光速s m /1038⨯=）；万有引力常数G 取为2211/106kg Nm -⨯。
只取一位数做近似计算。
解:2H 的摩尔质量为2g/mol ，2H 分子的质量为kg g 262310621062⨯=⨯ ∴质子的质量近似为kg 261062⨯质子的密度ρ=()315261034/10625-⨯π=()3194516/102411010641m kg ⨯=⨯⨯⨯-设该星体表面的第一宇宙速度为v ，由万引力定律，得22r mM G r mv =，r GM v =2而ρπ334r M =∴ρρπ23434Gr r r G v == γ2=v Gp()m G v r 4191181031024110621032⨯=⨯⨯⨯⨯==-ρ由于“重力速度”ρρπyG y y G y GM g 4/34/232≈==∴()21219114/103102411061034s m g ⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-【注】万有引力恒量一般取=G 6.67211/10kg m N ⋅⨯-例题2：与氢原子相似，可以假设氦的一价正离子（He +）与锂的二价正离子（L ++）核外的那一个电子也是绕核作圆周运动。
试估算 （1）He +、L++的第一轨道半径；（2）电离能量、第一激发能量；（3）赖曼系第一条谱线波长分别与氢原子的上述物理量之比值。
解：在估算时，不考虑原子核的运动所产生的影响，原子核可视为不动，其带电量用+Ze 表示，可列出下面的方程组：20224n n n y Ze r mv πε=，①n n n r Ze mv E 022421πε-=，②π2hn r mv n n ⋅=，n=1，2，3，…③12En En hv -=，④由此解得n r ，n E ，并可得出λ1的表达式：Z n rZ me n h r n21222==πε，⑤其中10220110530-⨯⋅==me h r πε米，为氢原子中电子的第度轨道半径，对于He +，Z=2，对于Li++，Z=3．2212222028n Z E nZ h me E n =-=ε，⑥ 其中-=-=220418hme E ε13.6电子伏特为氢原子的基态能．⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22212222122204111181n n R Z n n Z c h me ελ．⑦ 11=n ，2，3，…，112+=n n 21+n ，31+n ，…R 是里德伯常数。
（1）由半径公式⑤，可得到类氢离子与氢原子的第一轨道半径之比：21==++H H HHe Z Z r r ，31==++++Li H HLi Z Z r r ．（2）由能量公式⑥，可得到类氢离子与氢原子的电离能和第一激发能（即电子从第一轨道激发到第二轨道所需的能量）之比：电离能：41200221111==--=--++H He H He Z E Z E E E ，91300221111==--=--++++HLi HLi Z E Z E E E第一激发能：4433112112222212212212211212=--=--=--++E E E E E E E E HH He He ，943427112113232212212212211212=--=--=--++++E E E E E E E E HH LiLi 。