第七章电子光学基础
物理基本入门知识点总结
物理基本入门知识点总结第一章：物理学的基本概念1.1 物理学的定义物理学是研究宇宙中所有物质和能量的运动、相互作用和转换的科学。
1.2 物理学的研究对象物理学的研究对象包括物质、能量、力、运动、结构、空间和时间等。
1.3 物理学的基本原理物理学的基本原理包括质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律、宇宙的普适性定律等。
第二章：力学基础2.1 运动的基本概念运动是物体相对于参照物的位置变化。
运动可以分为匀速直线运动、变速直线运动、曲线运动等。
2.2 物体的运动规律牛顿三定律是力学的基本定律，包括惯性定律、动量定律和作用反作用定律。
2.3 力的基本概念力是导致物体发生运动或形变的原因。
力的单位是牛顿(N)。
2.4 力的合成与分解多个力作用在物体上，可以合成为合力；而合力可以分解为多个分力。
2.5 力的平衡当作用在物体上的多个力平衡时，物体将处于力的平衡状态。
第三章：能量和功3.1 能量的概念能量是物体具有的做功的能力，是物质运动和相互作用的体现。
3.2 功的概念功是力在物体上的作用量。
功的单位是焦耳(J)。
3.3 动能和势能动能是物体运动的能量，势能是物体由于位置而具有的能量。
3.4 机械能守恒定律在不受外力做功和摩擦力的情况下，机械系统的机械能保持不变。
第四章：热学基础4.1 温度和热量温度是物体分子热运动的程度的物理量，热量是能量的传递形式。
4.2 热力学定律热力学的基本定律包括热传导定律、热膨胀定律、热平衡定律、热力学第一定律和第二定律。
4.3 热力学过程热力学过程包括等温过程、绝热过程、等压过程、等容过程等。
第五章：电磁学基础5.1 电荷和电场电荷是物体带有的电性质，电场是电荷周围的区域。
5.2 静电力和静电场当电荷之间存在相互作用时，表现为静电力；静电场是由带电体产生的区域。
5.3 电流和电路电流是电荷在单位时间内通过导体横截面的数量，电路是电流的通路。
5.4 电磁感应和法拉第电磁感应定律当磁场发生变化时，将产生感应电动势；法拉第电磁感应定律指出感应电动势的大小与导体内磁通量的变化率成正比。
电子光学基础(精简版)
31
1.球 差
正球差—远轴区对电子束的会聚能力比近轴区 大。
负球差—远轴区对电子束的会聚能力比近轴区 小。
2014年11月3日
32
球差最小弥散圆：在P'P''间某一位置可获得最小的
弥散圆斑。
r 最小弥散圆半径为：
sm
紫外线（100-400nm）： λ=275nm， r≌ 100nm X射线（0.1-100nm）：难以改变方向、折射、聚焦成像 电子束： λ=0.0388‾0.00087nm r=0.1nm
电子在电、磁场中易改变运动方向，波长短，分辨率高。
2014年11月3日
8
2.电子光学与几何光学的异同
透射电子显微镜（TEM） 扫描电子显微镜（SEM） 电子探针（EPMA）
2014年11月3日
2
• 电子显微分析的特点：
放大倍数高： 5倍 ‾ 100万倍；且连续可调； （现代TEM可达 200万倍 以上）
分辨率高：0.2‾0.3nm （现代TEM线分辨率可达0.104‾0.14）
是一种微区分析方法：能进行nm尺度的晶体结 构、化学组成分析
1924年，德布罗意提出： • 运动着的微观粒子（如中子、电子、离子等）具有波粒二 象性； • 运动着的微观粒子伴随一个波——德布罗意波； • 这种波的波长与粒子质量、速度的乘积成反比。
能量E h h c
动量P h
2014年11月3日
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（2） 电子波的波长（若微观粒子为电子——电子波）
例如：轴对称磁场系统(通电流的圆柱形线圈)
• 短线圈磁透镜 • 包壳磁透镜 • 极靴磁透镜 • 特殊磁透镜
材料测试分析英语专业名词
XRD：X-ray diffractionEM（电子显微镜）:electron microscopeTEM :transmission electron microscopeSEM :scanning electron microscopeWDS :wavelength -dispersive spectrometerEDS :energy-dispersive spectrometer电子探针显微分析（EPMA）：electron probe micro-analysis扫描透射电子显微镜（STEM）:scanning transmission electron microscope Mosaic structure 亚结构第一章X射线的性质X-ray tube X射线管target 靶Focal spot 焦点Characteristic X-ray 特征X射线Auger 俄歇Filter 滤波片第二章X射线的方向unit cell单胞Amorphous非晶Lattice constant（parameter )晶格常数cubic立方Tetragonal正方hexagonal 六方Incident angle入射角o Angle of diffraction衍射角bragg’s law 布拉格定律rder of reflection 反射级数Reflection 反射Laue equation劳埃方程powder method 粉末法Rotating-crystal method 周转晶体法第三章X射线的衍射强度Structure factor 结构因子system extinction系统消光polarization factor 极化因子atomic scattering factor原子散射因子第四章多晶体分析方法diffractometer 衍射仪proportional counter正比计数器Geiger counter 盖革计数器scintillation counter 闪烁计数器lithium-drifted silicon detector 锂漂移硅检测器第五章X射线物相分析PDF : powder diffraction file ASTM :美国材料实验协会哈氏索引（Hanawalt），芬克索引（Fink Index）和戴维字母索引（Alphabetical Index）Preferred orientation 织构（择优取向）第六章宏观应力测定residual stress（残余应力）stress of the first kind（第一类应力）tertiary stress (第三应力) stress of the second kind （第二类应力）第七章电子光学基础resolution ratio（distinguishability)分辨率electromagnetic lens电磁透镜pole piece 极靴aberration像差spherical aberration球面像差Diffraction aperture 选区光阑objective aperture 物镜光阑condenser lens aperture聚光镜光阑Astigmatic像散chromatic aberration 色差depth-of-field（field depth，scene depth）景深focal length焦长第八章透射电子显微镜aperture 光阑Object glass (objective )物镜Beam tilt 电子束倾斜beam shift 电子束移动第九章复型技术replication 复型mass thickness contrast质厚衬度Inelastic scattering 非弹性散射第十章电子衍射Normal lattice and reverse lattice正点阵和倒易点阵Ewald Sphere爱瓦尔德球Excitation error 偏移矢量Plane of a zone 晶带面Crystallographic axis 晶轴zone axis 晶带轴Reciprocal lattice expansion 倒易点阵扩展Kinematically forbidden reflection 结构消光camera length 相机常数Electron diffraction (pattern ) 电子衍射花样Twin 孪晶kikuchi lines 菊池线第十一章晶体薄膜衍射成像分析Thin foil 薄膜diffraction contrast 衍射衬度diffraction bright field 明场Dark field 暗场extinction distance消光距离contrast衍射衬度偏离矢量equal thickness fringes等厚条纹equal inclination fringes等倾条纹stacking fault 层错Dislocation 位错edge dislocation 刃位错Screw dislocation 螺位错Invisibility criterion 不可见判据第十二章扫描电子显微镜Secondary electron 二次电子Backscattered electron 背散射电子auger electron 俄歇电子Cathodoluminescence 阴极荧光beam scan 电子束扫描。
无机化学第七章 电子层结构
A.2,0,0,-1/2 2s轨道一个电子,反时针自旋
B.3,1,-1,+1/2
C.3,2,+2,+1/ D2.3,1,+2,-1/2
3p轨道一个电子,顺时针自旋 3d轨道一个电子,顺时针自旋 不合理
12
1s
1s
S电子云图的叠合过程
2s
2s
3s
3s
3s
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四个量子数的物理意义
n 决定了电子离核的远近(或电子层数)，也是 决定原子轨道能量高低的主要因素。
l 决定原子轨道形状、种类和亚层数,同时也 是影响电子能量的一个因素。 m 决定原子轨道的空间伸展方向，每一个伸 展方向代表一个原子轨道。
ms 决定电子的自旋方向。
n,l,m 共同决定了1个原子轨道; n,l,m,ms 共同决定了1个电子的运动状态；
s电子云
球形
哑铃形
p电子云
3、磁量子数m
物理意义：决定原子轨道在空间的延伸方向。 可取的数值：0、±1、±2…±l等整数，磁量子 数有(2l＋1)个取值，意味着该形状的轨道有 （2l＋1）个。
四叶花瓣形7
每层中原子轨道数
主角 量量 子子 数数
nl
亚层 符号
磁量子数 m
轨道 空间 取向 数
每层 中轨 道数
的远近，是决定电子能量的主要因素。 符号：n
n 1 2 3 4…
光谱学符号 K L M N 分别表示 一 二 三 四 …电子层
2、角量子数 l
物理意义：l 值决定轨道或电子云的形状；
可取的数值：0 ~ n-1的整数 (n个取值)
n1
2
3
4
《光学》全套课件
Δ
=2en2
(
1 cosγ
sin2 γ) +λ cosγ 2
Δ
=
2en2
c
os
γ
+
λ 2
Δ =2e n22
n12
sin2 i +λ 2
干涉条件
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
k 1,2, 加强（明）
( 2k 1 ) 2 k 0,1,2, 减弱（暗）
额外程差的确定 不论入射光的的入射角如何
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d <<D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为:
x =kλ D d
x = 2k +1 λ D 2d
明条纹中心的位置 暗条纹中心的位置
k =0,±1,±2L
2 洛埃镜
E
S1
d
S2
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm
折射率
n=c = u
εrμr
青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
u = c ,λ = λ0 nn
§1-2 光源 光的相干性
一、光源
1.光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
§1-3 光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 两束相干光通过不同的介质时, 位相差不能单纯由几何路程差决定。
第七章典型光学系统
§7.2 放大镜
一、视觉放大率
人眼感觉物体的大小取决于其像在视网膜上的大小，当光 学系统的焦距一定时，也取决于物对人眼的张角的大小。
物对人眼的视角取决于距离，二者之间成反比。 目视光学仪器，可以扩大人眼的视觉能力；其像对人眼的
张角大于人眼直接观察时物对眼的张角。 视觉放大率：用仪器观察物体时，视网膜上的像高y'i与人眼
②物镜的外壳要求保证经物镜所成的实像面有固定的位置。 ③目镜的物方焦平面与物镜的像面重合。
三、显微镜的光束限制：
（1）孔径光阑： 对于单组低倍物镜，物镜框就是孔径光阑； 对于多组复杂物镜，最后一组的镜框作为孔径光阑； 或专门设置孔径光阑（在像方焦平面上）。
* 观察者的眼瞳一般应与出瞳（孔径光阑经目镜的像)重合。
感光元件框是视场光阑，它决定了像空间的成像范围。
当感光元件尺寸一定时，物镜的视场角取决于焦距的大小。
物在无穷远时， 物在有限远时：
tgm axym ax/2f
y
ym ax
/
ym ax 2f
x
所以，焦距与视场成反比。
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(2) 分辨率: 摄影系统的分辨率取决于物镜的分辨率和接收器的分辨率。 分辨率是以像平面上单位长度能分辨的线对数来表示。 设，物镜的分辨率为NL，接收器的分辨率为Nr,则， N 1 1 NL Nr
EM Ecos4
所以，可用可变光阑作为孔径光阑控制相对孔径的大小，
以改善像面的照度。
3.摄影物镜的景深：
1
由此可见：焦距越长，景深越小；
对准距离越远，景深越大。2
选用的光圈F越大，景深越大。
2a 2a
f f
P2
/ DP
P2
/ DP
电子光学基础最新课件
1.2 电子的波性以及波长
德布罗意波的实验验证-- •
电子衍射实验1
1927年 C.J. Davisson & G.P. Germer 戴维森与 革 末用电子束垂直投射到镍 单晶，做电子轰击锌板的 实验，随着镍的取向变化， 电子束的强度也在变化， 这种现象很像一束波绕过 障碍物时发生的衍射那样。 其强度分布可用德布罗意 关系和衍射理论给以解释。 镍单晶
1.2 电子的波性以及波长 电子的波长与其加速电压（U 伏特） 有关
即若被150伏的电压加速的电子，波长为 1 埃。 若加速电压很高，就应进行相对论修正。
电子光学基础 最新
1.2 电子的波性以及波长
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1.2 电子的波性以及波长
当加速电压为100kV时，电子束的波长约为 可见光波长的十万分之一。 因此，若用电子束作照明源，显微镜的分辨 本领要高得多。
运动电子在磁场中受到 Lorentz力作用，其表达式为：
FeVB
式中：e---运动电子电荷；v----电子运动速度矢量； B------磁感应强度矢量；F-----洛仑兹力 F的方向垂直于矢量v和B所决定的平面，力的方向 可由右手法则确定。 电子光学基础 最新
1.4 电子在磁场中的运动和磁透镜
1.4.1 电子在磁场中的运动
Lorentz力在电荷运动方向上的分量永 远为零，因此该力不作功，不能改变 电荷运动速度的大小，只能改变它的 运动方向，使之发生偏转。
电子光学基础 最新
1.4 电子在磁场中的运动和磁透镜
1.4.1 电子在磁场中的运动
电子在磁场中的受力和运动有以下三种 情况： ① v 与 B 同向：电子不受磁场影响
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材料分析方法(第4版)-第十二章
信 号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X射线 俄歇电子
深度范围 5~10
50~200 100~1000 100~1000 0.5~2
由表12-1 可见，产生俄歇电子的样品深度最小，其次为二次电子，吸 收电子和特征X射线产生的样品深度范围最大。 如图12-7，电子束在样品中一般扩展成一个滴状区域，其扩展区域深度和 形状受加速电压和样品原子序数的影响，扩展区域随加速电压升高而增大， 随样品原子序数增大而减小
5
材料分析方法-第四版
——高等学校优秀教材
第一节扫描电子显微镜的系统结构和工作原理
一、电子光学系统 3. 扫描线圈
扫描线圈的作用是使电子束偏转
，并在样品表面作有规则的扫描，
两 种 方 式 见 图 12-2 表 面 形 貌 分 析 时
，采用光栅扫描方式，电子束在样
品表面扫描出方形区域电子通道花
样分析时，采用角光栅(摇摆)扫描方
三、环境扫描模式与GSED电子探头
GSED探头工作原理：如图12-6所示，入射电子束与样品相互作用产 生的二次电子逸出样品表面，在环境二次电子探测器所加的几百伏正电压 的作用下加速向上运动；这些加速运动的二次电子与气体分子碰撞，使其
电离，产生正离子和电子（称为环境二次电子）； 这个电子加速和气体电
离过程反复进行，导致原始
图12-4 低真空模式示意图
电子枪和镜筒的高真空依靠机械 泵和分子涡轮泵控制，而样品室的 压力则依靠调节外接水蒸气的浓度 ，在10～130Pa间自由切换。低真空 模 式 下 所 用 的 电 子 探 头 是 LFD （ large field detector）探头。
材料分析方法-第四版
——高等学校优秀教材
图12-8 二次电子像分辨率的测定
材料分析方法课后答案(更新至第十章)
材料分析方法课后练习题参考答案2015-1-4BY：二专业の学渣材料科学与工程学院3.讨论下列各组概念的关系答案之一(1）同一物质的吸收谱和发射谱；答：λk吸收〈λkβ发射〈λkα发射(2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。
答：λkβ发射（靶）〈λk吸收(滤波片)〈λkα发射（靶）。
任何材料对X射线的吸收都有一个Kα线和Kβ线。
如Ni 的吸收限为0.14869 nm。
也就是说它对0.14869nm波长及稍短波长的X射线有强烈的吸收。
而对比0.14869稍长的X射线吸收很小。
Cu靶X射线:Kα=0.15418nm Kβ=0.13922nm。
(3）X射线管靶材的发射谱与被照射试样的吸收谱。
答：Z靶≤Z样品+1 或Z靶>>Z样品X射线管靶材的发射谱稍大于被照射试样的吸收谱，或X射线管靶材的发射谱大大小于被照射试样的吸收谱。
在进行衍射分析时，总希望试样对X射线应尽可能少被吸收，获得高的衍射强度和低的背底。
答案之二1）同一物质的吸收谱和发射谱；答：当构成物质的分子或原子受到激发而发光，产生的光谱称为发射光谱，发射光谱的谱线与组成物质的元素及其外围电子的结构有关。
吸收光谱是指光通过物质被吸收后的光谱，吸收光谱则决定于物质的化学结构，与分子中的双键有关。
2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。
答：可以选择λK刚好位于辐射源的Kα和Kβ之间的金属薄片作为滤光片，放在X射线源和试样之间。
这时滤光片对Kβ射线强烈吸收，而对Kα吸收却少。
6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
材料分析检测技术
第二篇电子显微分析电子显微分析是基于电子束（波）与材料的相互作用而建立的各种材料现代分析方法。
电子显微分析方法以材料微观形貌、结构与成分分析为基本目的。
从分析原理（技术基础）来看，各种电子显微分析方法中的一些方法也可归于光谱分析（如电子探针）、能谱分析（如电子激发俄歇能谱）和衍射分析（如电子衍射）等方法范畴。
电子显微分析主要介绍透射电子显微分析、扫描电子显微分析及电子探针分析这些基本的、得到广泛应用的分析方法。
第七章透射电子显微分析电子光学基础1.电子波有何特征？与可见光有何异同？答：电子波具有粒子性和波动性波粒二象性，电子显微镜中常用的加速电压为100—200kv，电子波长为0.00370—0.00251nm，大约是可见光（390~760nm）的十万分之一。
3.电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除和减少像差？答：<1>像差分为两类：几何像差和色差。
•几何像差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的。
几何主要指球差和像散。
•色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。
<2>第一，采取稳定加速电压的方法可有效地减小色差。
第二，单一能量或波长的电子束照射样品物质时，将与样品原子的核外电子发生非弹性散射。
一般来说，样品越厚，电子能量损失或波长变化幅度越大，色差散焦斑越大，透镜像分辩率越差。
所以应尽可能减小样品厚度，以利于提高透镜像的分辩率。
（球差：球差即球面像差，是由电磁透镜磁场中，近轴区域对电子束的折射能力与远轴区域不同而产生的。
球差除了影响分辨本领外，还会引起图像畸变。
像散：是由透镜磁场非旋转对称引起的一种像差。
像散散焦斑与焦距差ΔfA成正比，透镜磁场非旋转对称性越明显，焦距差越大，散焦斑越大，透镜的分辨率越差。
像散可以用机械、静电或电磁式消像散器适当地加以补偿矫正。
）4.说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？答：1.影响光学显微镜分辨本领主要取决于照明波长和光差介质，因此式Δr0= 0.61λ/nsinα故若要提高光学显微镜的分辨本领，关键是要有短波长的照明源。
电磁透镜的景深和焦长
思考题
假设电磁透镜没有像差，也没有衍射埃 利斑，即分辨率极高， Δr0=0，此时它 的景深和焦长如何？
1 Df 2 tg
α
透镜 主平面
A
B’ 像平越小，景深越大。
O’
2Δr0M A’
电磁透镜的景深
电磁透镜的景深： 一般的电磁透镜α=10-2~10-3rad，如果透镜分辨 率取Δr0=1nm，则景深Df=200~2000nm。 对于加速电压100KV的电子显微镜来说，样品 厚度一般控制在200nm左右，在透镜的景深范 围之内。 电磁透镜的景深大，对于图像的聚焦操作是非 常有利的。
电磁透镜的焦长:
DL 2R0 2r0 M 2r0 M 2r0 M2 tg tg
电磁透镜的焦长
DL
2r0
M2
当电磁透镜放大倍数和分辨率一定时，透镜 焦长随孔径半角的减小而增大 设电磁透镜分辨率Δr0=1nm，孔径半角 α=10-2rad，放大倍数M=200倍，则焦长 DL=8mm。 多透镜组成的电子显微镜放大倍数更大，焦 长超过10CM，即使荧光屏和底片之间有几 厘米的距离，也都能得到清晰的图像，给图 像的照相记录带来了极大的方便。
Df
2r0 2r0 tg
焦长
物平面
O
焦长是指物点固定不变（物 距不变），在保持成像清晰 的条件下，像平面沿透镜轴 线可移动的距离。 像方孔径半角β：透镜对光轴 上像点所张角度的一半。
α
透镜 主平面
β
tg tg M
R0 tg 1 DL 2
像平面2 像平面1 像平面3 2R0= 2Δr0M O’ DL
第七章 光电子材料激光ppt课件
相干性
高亮度
激光的种类
四十多年来，激光器的品种迅速增加：
固体激光器 半导体激光器 固体激光器（半导体激光泵浦） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 化学激光器（HF/DF激光、氧碘化学激光器、CO2激 光、燃料激光、氦氖激光）
自由电子激光器
x射线激光器
另一个为部分反射。
图3-2 光学谐振腔的结构
激光器的工作原理
② 谐振腔产生激光振荡过程 如图3-3所示，当工作物质在泵浦源的作用下，已实现粒子数反转 分布，即可产生自发辐射。如果自发辐射的方向不与光学谐振腔轴线 平行，就被反射出谐振腔。只有与谐振腔轴线平行的自发辐射才能存 在，继续前进。 当它遇到一个高能级上的粒子时，将使之感应产生受激跃迁，在 从高能级跃迁到低能级中放出一个全同的光子，为受激辐射。 当受激辐射光在谐振腔内来回反射一次，相位的改变量正好是2π 的整数倍时，则向同一方向传播的若干受激辐射光相互加强，产生谐 振。达到一定强度后，就从部分反射镜M2透射出来，形成一束笔直的 激光。 当达到平衡时，受激辐射光在谐振腔中每往返一次由放大所得的能 量，恰好抵消所消耗的能量时，激光器即保持稳定的输出。
准分子激光器 金属蒸气激光器等。
铜蒸气激光
激光器的输出水平不断提高：
中、小功率器件
高功率、高能量激光器；
脉冲体制从连续波、准连续波到各种短脉冲、超短脉
冲的激光。
连续的高能激光单次输出能量已达百万焦耳以上； 超短脉冲：纳秒
皮秒
费秒
阿秒
脉冲功率密度则可高达1020瓦/cm2以上。
输出激光的频率覆盖着越来越广的范围：
光纤通信用的发光元件和光检测元件就是利用这两种现象。
高一上册整学期物理知识点
高一上册整学期物理知识点本文将整理高一上学期物理课程中的重要知识点，帮助学生对物理课程有一个全面的了解和掌握。
以下是高一上学期物理课程的知识点概述：第一章：运动的描述1. 运动的概念与分类：直线运动、曲线运动、平动、转动等基本概念；2. 位移、速度和加速度的定义和计算方法；3. 运动图象的绘制和分析：时-位图、时-速图、时-加速度图；4. 匀速直线运动与变速直线运动的特点与举例。
第二章：力和运动1. 力的概念和分类：接触力、重力、弹力、摩擦力等；2. 牛顿第一定律和第二定律的概念和数学表达；3. 物体在水平面上的斜抛运动和竖直落体运动；4. 物体间的作用力和反作用力：作用和反作用力的大小、方向和组成；5. 惯性与力的平衡：静止和匀速直线运动的条件。
第三章：能量守恒1. 功和能量的概念和单位；2. 功与能量的关系：功率的定义和计算；3. 机械能和机械能的守恒：动能和势能的转化和变化；4. 能量的传递与转换：摩擦损失、能量损失和能量增益；5. 机械简单机的原理：杠杆原理、滑轮原理等。
第四章：热学1. 温度与热量：温度计的原理和使用、热量的传递；2. 内能与热量的传递：热传导、热对流和热辐射；3. 理想气体的状态方程和理想气体定律；4. 热机的工作原理和效率：热机的分类、热机效率、卡诺循环等；5. 显热和潜热：相变时的热量传递。
第五章：电学基础1. 电流的概念和单位：欧姆定律和电流计的使用；2. 串、并联电路的等效电阻和总电流计算；3. 电阻、电流和电压之间的关系：欧姆定律的数学表达；4. 简单电路中的功率、能量和电功率的计算；5. 电流对导体的热效应：焦耳定律和安培定律。
第六章：磁学基础1. 磁铁和磁场：磁场的概念和表示方法；2. 磁场中的带电粒子：洛伦兹力和磁力的大小和方向；3. 电磁感应和电动势的产生：法拉第电磁感应定律的描述和应用；4. 磁场对电流的影响：安培环路定理的数学表达和应用；5. 麦克斯韦电磁场方程组的概念和简要介绍。
物理必修一学习资料
物理必修一学习资料物理是自然科学中的基础学科之一，它研究物质和能量的基本规律。
对于高中阶段的学生来说，物理必修一的学习内容是构建物理知识体系的起点。
以下是物理必修一学习资料的概要：第一章：力学基础1. 力的概念：介绍力的基本概念，包括力的作用效果、力的矢量性质以及力的合成与分解。
2. 牛顿运动定律：详细讲解牛顿的三大运动定律，即惯性定律、力与加速度的关系以及作用与反作用定律。
3. 重力：探讨地球表面物体所受的重力，以及重力加速度的概念。
4. 摩擦力：分析摩擦力的产生机制，以及静摩擦力和动摩擦力的区别。
第二章：运动学1. 直线运动：介绍匀速直线运动和匀加速直线运动的基本概念和公式。
2. 曲线运动：探讨物体在曲线路径上的运动规律，重点介绍抛体运动和圆周运动。
3. 相对运动：讨论在不同参考系中观察物体运动时的相对性原理。
第三章：动力学1. 功和能：解释功的概念，以及动能和势能的转换关系。
2. 能量守恒定律：阐述能量守恒定律在物理现象中的应用。
3. 机械能守恒定律：介绍在没有非保守力作用的情况下，机械能守恒的条件和应用。
第四章：物体的平衡1. 刚体的平衡：分析刚体在受力作用下保持平衡的条件。
2. 力矩：解释力矩的概念，以及如何利用力矩平衡原理求解问题。
第五章：流体力学初步1. 流体静力学：介绍流体在静止状态下的压力分布规律。
2. 伯努利定律：讲解流体在流动过程中能量守恒的表现形式。
第六章：振动与波1. 简谐振动：介绍简谐振动的基本概念，包括振幅、周期和频率。
2. 波的传播：探讨机械波的传播机制，以及波速、波长和频率的关系。
第七章：光学基础1. 光的反射：分析光在不同介质界面上的反射现象，包括镜面反射和漫反射。
2. 光的折射：讲解光在不同介质中传播速度的变化，以及折射现象。
第八章：原子物理初步1. 原子结构：介绍原子的核式结构，以及电子在原子内的排布。
2. 原子核：简要介绍原子核的组成和基本性质。
在学习物理的过程中，理解概念和原理是至关重要的。
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6）了解电子显微技术的新进展及实验方法的选择；
参考书：
1）周玉，武高辉 编著。 《材料分析测试技术——材料X射线与电子显微 分析》 哈尔滨工业大学出版社。1998版
2）常铁军， 祁欣 主编。《材料近代分析测试方法》 哈尔滨工业大学出 版社；
3）黄孝瑛 编著。 《透射电子显微学》 上海科学技术出版社。1987版
• 除了电磁波谱外，在物质波中，电子波不仅具有短波长， 而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以作 为照明光源，由此形成电子显微镜。
二、 电子波波长
• 根据德布罗意（de Broglie）的观点，运动的电子除了 具有粒子性外，还具有波动性。这一点上和可见光相似。 电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，即
2）了解电子与物质的交互作用以及电磁透镜分辨率的影响因素；
3）了解透射电镜的基本结构和工作原理，掌握电子衍射分析及衍射普标 定、薄膜样品的制备及其透射电子显微分析；
4）了解扫描电镜的基本结构及其工作原理，掌握原子序数衬度、表面形 貌衬度及其在材料领域的应用；了解波谱仪、能谱仪的结构及工作原 理，初步掌握电子探针分析技术；
如何提高显微镜的分辨率
• 根据式（1-3），要想提高显微镜的分辨率，关键是降 低照明光源的波长。
• 顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，紫外光的波长在13390nm之间，比可见光短多了。但是大多数物质都强 烈地吸收紫外光，因此紫外光难以作为照明光源。
• 更短的波长是X射线。但是，迄今为止还没有找到能使 X射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质，也就是 说还没有X射线的透镜存在。因此X射线也不能作为显 微镜的照明光源。
（1-7）
式中 c——光速 表1-1是根据上式计算出的不同加速电压下电子波的波长。 可见光的波长在390-760nm之间，从计算出的电子波波 长可以看出，在常用的100-200kV加速电压下，电子波 的波长要比可见光小5个数量级。
表 1-1 不同加速电压下的电子波波长
加速电压/kV 1 2 3 4 5பைடு நூலகம்10 20 30
• 一般地，人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最 大分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼 能分辨的放大倍数是1000倍。这个放大倍数称之为有效放 大倍数。光学显微镜的分辨率在0.2μm时，其有效放大倍 数是1000倍。
• 光学显微镜的放大倍数可以做的更高，但是，高出的部分 对提高分辨率没有贡献，仅仅是让人眼观察更舒服而已。 所以光学显微镜的放大倍数一般最高在1000-1500之间。
第三篇 电子显微分析技术
本部分的主要目的： 介绍透射电镜分析、扫描电镜分析、表 面成分分析及相关技术的基本原理，了 解透射电镜样品制备和分析的基本操作 和步骤，掌握扫描电镜在材料研究中的 应用技术。在介绍基本原理的基础上， 侧重分析技术的应用！
主要要求：
1)掌握透射电镜分析、扫描电镜分析和表面分析技术及其在材料研究领域 的应用；
1-1 电子波与电磁透镜
• 光学显微镜的分辨极限 • 电子波的波长 • 电磁透镜
一、光学显微镜的分辨率
由于光波的波动性，使得由透镜各部分折射到像平面上 的像点及其周围区域的光波发生相互干涉作用，产生衍 射效应。一个理想的物点，经过透镜成像时，由于衍射 效应，在像平面上形成的不再是一个像点，而是一个具 有一定尺寸的中央亮斑和周围明暗相间的圆环所构成的 Airy斑。如图1-1所示。 • 测量结果表明Airy斑的强度大约84%集中在中心亮斑上， 其余分布在周围的亮环上。由于周围亮环的强度比较低， 一般肉眼不易分辨，只能看到中心亮斑。因此通常以 Airy斑的第一暗环的半径来衡量其大小。根据衍射理论 推导，点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表达式为：
电子波波长/nm 0．0388 0．0274 0．0224 0．0194 0．0173 0．0122 0．00859 0．00698
加速电压/kV 40 50 60 80 100 200 500
4）进藤 大辅， 及川 哲夫 合著. 《材料评价的分析电子显微方法》 冶金 工业出版社。2001年版
第一章 电子光学基础
•引言 •7-1 电子波与电磁透镜 •7-2 电磁透镜的像差和分辨本领 •7-3电磁透镜的景深和焦长
引言
眼睛是人类认识客观世界的第一架“光学仪器”。 但它的能力是有限的，如果两个细小物体间的距离 小于0.1mm时，眼睛就无法把它们分开。
即
（1-2）
对于光学透镜，当n•sinα做到最大时（n≈1.5，α≈70-
75°），式（1-2）简化为：
r0 2
（1-3）
有效放大倍数
• 上式说明，光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。 半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波 长是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是 ≈200nm。
（1-1）
图1-1 两个电光源成像时形成的Airy斑 (a)Airy斑； (b)两个Airy斑靠近到刚好能分开的临界距离是 强度的叠加
透镜分辨率
• 通常把两个Airy斑中心间距等于Airy斑半径时，物平面
上相应的两个物点间距（Δr0）定义为透镜能分辨的最小 间距，即透镜分辨率（也称分辨本领）。由式1-1得：
（1-4）
式中，h为普郎克常数：h=6.626×10-34J.s；m为电子
质量；v为电子运动速度，它和加速电压U之间存在如
下关系： 即
（1-5v）
2eU m
式中e为电子所带电荷，e=1.6×10-19C。
• 将（1-5）式和（1-4）式整理得：
（1-h6）
2emU
• 如果电子速度较低，其质量和静止质量相近，即m≈m0. 如果加速电压很高，使电子速度极高，则必须经过相对 论校正，此时：
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重要 的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因其有 限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需求。
上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨本领提 高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形 貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、成分分析等 于一体。人类认识微观世界的能力从此有了长足的 发展。