决定原子中电子能量的主要部分
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这就是第八要讨论&勺问题， 通过X射线对原子结 构问题进一步研究。因为X 射线谱的某些特性反映 了原子内部结构的情况O
、X射线的产生、波长和强度测量
X射线的发现是科学界的10大偶然发现］ 之
一。X射线又称为伦琴射线，是德国物理学 家伦 琴于1895年发现的，当时他正在研究阴 极射线， 偶然发现放在阴极射线管附近的荧 光屏上发出了 荧光。
当时阴极射线的研究是一个热门课题，这 种现 象在伦琴之前就有好几个人发现过，但只 有伦琴 抓住了这一偶然发现，首先当时已经证 明，阴极 射线只能在空气中传播几个厘米，而 伦琴发现将 荧光屏放在离阴极射线管两米多时, 仍能发出荧光。 因此伦琴断定这是一种新的射 线，由于当时不知
道它的本质，所以称为X射 线。后来1897年汤姆
如图8.7所示。当阴极射线管阴极和阳 极间的电压较小是，
只发出连续谱，当电压加大是， 既有连续谱也有标识谱。 下面分别讨论这两种谱的情 况：
三、X射线的产生机制
1.连续谱的产生机制及其特点
I
X射线谱是由两部分构成的，一部分是波长连续变化
的，称为连续谱，另一部分是具有各别波长的线状谱, 这 又称为标识谱（因为它是和原子结构有关的，结构 类似
的原子发出X射线的标识谱也类似）・标识谱重叠 在连续
谱上.连续谱比较弱，在相片上如果露光时间 不够、连续 谱有时不明显，如果加长露光时间，也可 以照出连续谱。
教学内容:
在第一章中提出了原子的核式结构，采用的 研 究方法是碰撞方法，接下来的几章都是用光 谱方 法研究原子中的电子的运动情况，但都只 考虑了 原子的价电子（最外层的电子），上一 章我们学 习了原子的总体结构问题，讨论了各 种元素原子 核外电子的分布情况（不仅仅是最 外层）。那么 这些原子的内层电子结构情况又 是怎么得秉的呢？
有物理图象简明、计算简单的优点。
「~以上都是题外话。现在我们转入正题。回 来 继续讨论X射线，自从发现X射线后，人们 对 它的本质在很长一段时间内未能取得进展。 当 时有很多科学家猜想它可能与光一样是一种 电 磁波，但当时未能观察到与光一样的衍射现 象， 直到1912年德国物理学家劳厄用晶体观察 到 了X射线的衍射现象，证明了X射线同光一 样 也是一种电磁波，具有干涉、衍射、偏振等 波 动的特性，而且具有很强的穿透能力。
与物质结构及其运动 H关系起来。
比如前面学过的：
•:•卢瑟福的原子有核模型：a粒子的大散射 实验一原子的核式结构
•:•玻尔的氢原子圆轨道模型：原子光谱实 验一原子的电子运动
•:•原子的壳层模型：原子化学、物理性质 的周期性实验一X射线的发射谱一原子 的电 子壳层排布结构
虽然不要这些模型，用量子力学也可 以全部推出这些内容，但模型仍不失为具
对X射线波长的测定就是通过它的衍射原 理来进 行的。但是由于X射线的波长很小，所 以它的衍
射现象并不明显，（大家在做光学实 ）
I 验时，知道光栅方程为dsin9 = bl ,波长越小，（ 则衍
射角越小），对X射线，要能够观测到明
显的衍射现象，必须要有足够小的光栅常数。 ） 普通的光栅是达不到要求的，怎么办呢？（先 \ 提前
说一下，X射线的波长约为1埃的数量级， （
与我们学过的谁的尺寸同一个数量级？原子的 夫示）
1
用晶体中有规则排列的原子可形成X射 线的光栅。如图所示。
晶体：原子、离子或分子按一定空间次序 排列而 成的固体。
现在考虑同一 X射线束中的两条射线1和 2,
分别落在两个相邻原子A和B上，射线将） 向知个
方向衍射，现在只考虑其中一个方向，） 什么方
荷呢？
）
就是与入射方向对称的方向，如图1'和2，。（ 则这两
射线的波程差沮，当波魏盖1。=以 时，出射射线就会加
强。这个公式称为布喇格公 ，
式。（它的具体推导可参考杨福家的原子物理学，！ 教
材的8。6节，或赵凯华的光学下册中也有较详 ， 细的
介绍）
I
射线;
b、目前X射线有很多的应用。如在医学和生命科学中， 大 家体检时所做透视、拍X光片，还有大家知道20世 纪 生命科学中最伟大的发现是什么吗？ DNA双螺旋 结 构，它的提出过程中用到的一种方法就是分析 DNA分 子的X光衍射谱。
孙发现阴极射线就是高能 电子束（电子的发现），
也就是说X射线是因 为阴极射线管的阳极受到高能
电子轰击时发出 一种新射线Βιβλιοθήκη Baidu屏光屏发光的。
其实同样原理的实验设备或装置可以作很 多研 究工作。所以我们不要以为现在物理领域 已经没 有新发现了，恰恰相反，现在很多搞物 理研究的 工作学者是在使用已成熟的实验装置, 并从中研究 不同的实验现象和物理规律。说不 定哪一天有大 的突破。就如这一个简单的阴极 射线管，经过科 学家的稍加改造，导致了多项 大的发现，一起揭 开近代物理的序幕。
♦ 1895年，电压几千伏到几十万伏，电子直拉打 , 在阳极上；（发现X射线）
❖ 1897年，没加电压，靠初速度，受电场作用，
研究偏转情况；（证明电子的存在）
• 1914年，电压几十伏，电子与气休原子发生碰 撞，
把能量给气体激发原子。（夫兰克赫兹实 验，证 明了原子能级的存在）
,我们学原子 物理这门课，不光是要重视实验，还要知道模 型 在原子物理或微观领域的重要性。建立模型 不但 在宏观物理现蒙（比如：质点、刚体、点 电荷等 理想模型）的研究中起着简单化作用， 在微观物 理现象的研究中，也同样是研究的手 段和方法， 甚至可以说是必经之路。因为微观 物质，我们看 不见、摸不着、听不见，即没有 感性的认识，从 而不能形成直观的图像，还真 的需要经典模型和 用宏观物质概念来描述微观 结构。可以这么说： 模型是在大量实验事实基 础上概括总结而成的对 微观物质结构认识的反 映，通过模型把实验事实
C、X射线还有其它的一些应用，如工业探伤等。 所
以说物理学是其它科学技术的基础。
:、X射线的发射谱
利用前面讲的晶体衍射法（如图8。4所示），可｝ 以记录下X射线的谱线，谱线不同位置相当于不同 的波
长。实验发现，同一种阳极材料受到高能电子 轰击时，
会发出多种波长的X射线，与光谱一样。（ 如图8.6所示。
、X射线的产生、波长和强度测量
X射线的发现是科学界的10大偶然发现］ 之
一。X射线又称为伦琴射线，是德国物理学 家伦 琴于1895年发现的，当时他正在研究阴 极射线， 偶然发现放在阴极射线管附近的荧 光屏上发出了 荧光。
当时阴极射线的研究是一个热门课题，这 种现 象在伦琴之前就有好几个人发现过，但只 有伦琴 抓住了这一偶然发现，首先当时已经证 明，阴极 射线只能在空气中传播几个厘米，而 伦琴发现将 荧光屏放在离阴极射线管两米多时, 仍能发出荧光。 因此伦琴断定这是一种新的射 线，由于当时不知
道它的本质，所以称为X射 线。后来1897年汤姆
如图8.7所示。当阴极射线管阴极和阳 极间的电压较小是，
只发出连续谱，当电压加大是， 既有连续谱也有标识谱。 下面分别讨论这两种谱的情 况：
三、X射线的产生机制
1.连续谱的产生机制及其特点
I
X射线谱是由两部分构成的，一部分是波长连续变化
的，称为连续谱，另一部分是具有各别波长的线状谱, 这 又称为标识谱（因为它是和原子结构有关的，结构 类似
的原子发出X射线的标识谱也类似）・标识谱重叠 在连续
谱上.连续谱比较弱，在相片上如果露光时间 不够、连续 谱有时不明显，如果加长露光时间，也可 以照出连续谱。
教学内容:
在第一章中提出了原子的核式结构，采用的 研 究方法是碰撞方法，接下来的几章都是用光 谱方 法研究原子中的电子的运动情况，但都只 考虑了 原子的价电子（最外层的电子），上一 章我们学 习了原子的总体结构问题，讨论了各 种元素原子 核外电子的分布情况（不仅仅是最 外层）。那么 这些原子的内层电子结构情况又 是怎么得秉的呢？
有物理图象简明、计算简单的优点。
「~以上都是题外话。现在我们转入正题。回 来 继续讨论X射线，自从发现X射线后，人们 对 它的本质在很长一段时间内未能取得进展。 当 时有很多科学家猜想它可能与光一样是一种 电 磁波，但当时未能观察到与光一样的衍射现 象， 直到1912年德国物理学家劳厄用晶体观察 到 了X射线的衍射现象，证明了X射线同光一 样 也是一种电磁波，具有干涉、衍射、偏振等 波 动的特性，而且具有很强的穿透能力。
与物质结构及其运动 H关系起来。
比如前面学过的：
•:•卢瑟福的原子有核模型：a粒子的大散射 实验一原子的核式结构
•:•玻尔的氢原子圆轨道模型：原子光谱实 验一原子的电子运动
•:•原子的壳层模型：原子化学、物理性质 的周期性实验一X射线的发射谱一原子 的电 子壳层排布结构
虽然不要这些模型，用量子力学也可 以全部推出这些内容，但模型仍不失为具
对X射线波长的测定就是通过它的衍射原 理来进 行的。但是由于X射线的波长很小，所 以它的衍
射现象并不明显，（大家在做光学实 ）
I 验时，知道光栅方程为dsin9 = bl ,波长越小，（ 则衍
射角越小），对X射线，要能够观测到明
显的衍射现象，必须要有足够小的光栅常数。 ） 普通的光栅是达不到要求的，怎么办呢？（先 \ 提前
说一下，X射线的波长约为1埃的数量级， （
与我们学过的谁的尺寸同一个数量级？原子的 夫示）
1
用晶体中有规则排列的原子可形成X射 线的光栅。如图所示。
晶体：原子、离子或分子按一定空间次序 排列而 成的固体。
现在考虑同一 X射线束中的两条射线1和 2,
分别落在两个相邻原子A和B上，射线将） 向知个
方向衍射，现在只考虑其中一个方向，） 什么方
荷呢？
）
就是与入射方向对称的方向，如图1'和2，。（ 则这两
射线的波程差沮，当波魏盖1。=以 时，出射射线就会加
强。这个公式称为布喇格公 ，
式。（它的具体推导可参考杨福家的原子物理学，！ 教
材的8。6节，或赵凯华的光学下册中也有较详 ， 细的
介绍）
I
射线;
b、目前X射线有很多的应用。如在医学和生命科学中， 大 家体检时所做透视、拍X光片，还有大家知道20世 纪 生命科学中最伟大的发现是什么吗？ DNA双螺旋 结 构，它的提出过程中用到的一种方法就是分析 DNA分 子的X光衍射谱。
孙发现阴极射线就是高能 电子束（电子的发现），
也就是说X射线是因 为阴极射线管的阳极受到高能
电子轰击时发出 一种新射线Βιβλιοθήκη Baidu屏光屏发光的。
其实同样原理的实验设备或装置可以作很 多研 究工作。所以我们不要以为现在物理领域 已经没 有新发现了，恰恰相反，现在很多搞物 理研究的 工作学者是在使用已成熟的实验装置, 并从中研究 不同的实验现象和物理规律。说不 定哪一天有大 的突破。就如这一个简单的阴极 射线管，经过科 学家的稍加改造，导致了多项 大的发现，一起揭 开近代物理的序幕。
♦ 1895年，电压几千伏到几十万伏，电子直拉打 , 在阳极上；（发现X射线）
❖ 1897年，没加电压，靠初速度，受电场作用，
研究偏转情况；（证明电子的存在）
• 1914年，电压几十伏，电子与气休原子发生碰 撞，
把能量给气体激发原子。（夫兰克赫兹实 验，证 明了原子能级的存在）
,我们学原子 物理这门课，不光是要重视实验，还要知道模 型 在原子物理或微观领域的重要性。建立模型 不但 在宏观物理现蒙（比如：质点、刚体、点 电荷等 理想模型）的研究中起着简单化作用， 在微观物 理现象的研究中，也同样是研究的手 段和方法， 甚至可以说是必经之路。因为微观 物质，我们看 不见、摸不着、听不见，即没有 感性的认识，从 而不能形成直观的图像，还真 的需要经典模型和 用宏观物质概念来描述微观 结构。可以这么说： 模型是在大量实验事实基 础上概括总结而成的对 微观物质结构认识的反 映，通过模型把实验事实
C、X射线还有其它的一些应用，如工业探伤等。 所
以说物理学是其它科学技术的基础。
:、X射线的发射谱
利用前面讲的晶体衍射法（如图8。4所示），可｝ 以记录下X射线的谱线，谱线不同位置相当于不同 的波
长。实验发现，同一种阳极材料受到高能电子 轰击时，
会发出多种波长的X射线，与光谱一样。（ 如图8.6所示。