原子物理课件AP1
英文版原子物理课件
1.1 Introduction
The origins of atomic physics :quantum mechanics Bohr model of the H This introductory chapter surveys some of the early ideas: Spectrum of atomic H and Bohr Theory Einstein's treatment of interaction of atom with light the Zeeman effect Rutherford scattering And so on
Shanxi University Atomic Physics
1.2 Spectrum of atomic hydrogen_3
Wavenumbers may seem rather old-fashioned but they are very useful in atomic physics
the characteristic spectrum for atoms is composed of discrete lines that are the ‘fingerprint' of the element.
In 1888, the Swedish professor J. Rydberg found that the spectral lines in hydrogen obey the following mathematical formula:
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Lyman series: n’ = 2; 3; 4; … n = 1. Balmer (n = 2), Paschen series: (n = 3), Brackett (n = 4) and Pfund (n = 5)
原子物理第一章.ppt
在一个原子中,若有两个电子具有完全相
同的量子态,即
A (q1, q2 )
1 2
[
(q1
)
(q2
)
(q2
)
(q1
)]
交换反对称性波函数
A (q1, q2 )
1 2
[
(q1)
(q2
)
(q2
)
(q1
)]
1 2
[
(q1
)
(q2
)
(q2
)
总角动量 J L S ,根据上述耦合法则
J j( j 1)
其中 j l s,l s 1, l s
对于两个价电子的情形:s=0,1 . 当s=0时,j=l,s=1;s=1时,
j l 1,l,l 1
由此可见,在两个价电子的情形下,对于
给定的l ,由于s的不同,有四个j,而l的不同, 也有一组j,l的个数取决于l1l2; 可见, 一种 电子组态可以与多重原子态相对应。此外,由
,
r2
)
1 2
[ua
(r1
)ub
(r2
)
ua
(r2
)ub
(r1)]——对称
1 2
[ua
(r1
)ub
(r2
)
ua
(r2
)ub
(r1
)]——反对称
氦原子波函数 u
us (r1, r2 )00 ——S=0
(q1,
q2
)
《原子物理学总结》课件
基本粒子
1
质子、中子、电子
探索了质子、中子和电子的性质,包括
其他粒子
2
电荷、质量和作用。
介绍了其他与原子相互作用的基本粒子, 如光子、中微子等。
原子核结构
核子结构
揭示了原子核的内部结构,包括 质子和中子的排列方式。
质子和中子的区别
核反应
对比了质子和中子的性质和功能, 以及它们在原子核中的地位。
讨论了核反应的过程,以及其在 核能产业和医学影像学中的应用。
医学影像学
介绍了原子物理学在医学影 像学中的应用,如X射理学的核 能技术在能源和医学领域的 重要性。
结论
1 原子物理学的重要性
总结了原子物理学在科学研究和应用领域所 扮演的关键角色。
2 未来发展趋势
展望了原子物理学领域的未来发展,以及对 人类社会的潜在影响。
原子光谱学
1 原子光谱
研究原子在光谱中的频率 和能量变化,探索了光的 发射和吸收。
2 量子力学
解释了原子光谱背后的量 子力学原理,引入了波粒 二象性和波函数概念。
3 能级图解析
分析了原子能级图的结构 和解读方法,为光谱分析 提供了理论基础。
应用
建筑材料
探讨了利用原子物理学的知 识开发新材料和改进建筑技 术的潜力。
《原子物理学总结》PPT 课件
原子物理学是研究原子及其构成要素的科学,本课件将总结原子模型、基本 粒子、原子核结构、原子光谱学等内容,展示原子物理学的重要性与应用。
概述
原子模型
探讨原子的结构和特征,介绍玻尔模型和多电子原子的研究进展。
基本粒子
介绍质子、中子、电子等基本粒子,并介绍其他具有重要作用的粒子。
原子核结构
原子物理学课件
原子物理学课件第一部分:原子结构原子是物质的基本组成单位,由原子核和电子组成。
原子核位于原子的中心,由质子和中子组成,质子带正电,中子不带电。
电子带负电,围绕原子核运动。
原子的结构可以用波尔模型来描述。
波尔模型认为,电子在原子核周围的运动是量子化的,即电子只能处于特定的能级上。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时,会吸收或发射特定频率的光子。
原子物理学的研究对象包括原子、分子和凝聚态物质等。
原子物理学的研究方法包括实验和理论计算。
实验方法包括光谱学、散射实验和原子碰撞实验等。
理论计算方法包括量子力学、量子场论和统计力学等。
原子物理学的研究对于理解物质的基本性质和结构具有重要意义。
原子物理学的研究成果在许多领域都有应用,如材料科学、化学、生物学和天文学等。
第二部分:量子力学与原子量子力学是描述原子和亚原子粒子的运动和相互作用的物理理论。
在量子力学中,粒子的位置和动量不能同时精确测量,这就是著名的海森堡不确定性原理。
在原子物理学中,量子力学被用来解释电子在原子中的运动。
根据量子力学,电子不是像波尔模型那样在固定的轨道上运动,而是在原子核周围形成概率云。
电子在原子中的能级是量子化的,这意味着电子只能处于特定的能级上。
量子力学在原子物理学中的应用还包括解释原子光谱和原子碰撞现象。
原子光谱是原子发射或吸收光子时产生的光谱线,这些光谱线可以用来确定原子的能级结构。
原子碰撞是指原子之间或原子与其他粒子之间的相互作用,这些相互作用可以导致原子能级的变化。
量子力学是原子物理学的基础,它为我们理解原子的性质和行为提供了重要的理论工具。
量子力学的研究成果不仅对原子物理学的发展具有重要意义,也对其他物理学领域的研究产生了深远的影响。
第三部分:原子物理学的发展与应用原子物理学的发展历程可以追溯到19世纪末20世纪初,当时科学家们开始研究原子的结构和性质。
随着量子力学的发展,原子物理学逐渐成为一门独立的学科。
原子物理学的研究成果在许多领域都有应用,如材料科学、化学、生物学和天文学等。
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
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(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
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.
《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
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。
原子物理课件第一章
m
波长 1200 Å
只发一条光谱线!
实验结果: 1885 年, 巴尔未, 发现氢原子至少发 14 条光谱线 !
汤姆逊原子模型与实验不符 !
2.卢瑟福原子模型
(1) α粒子散射实验(1909,盖革——马斯顿) 1896 年发现放射性,其中有α粒子流,接近光速。 实验装置:
12 N A
NA
原子质量 MA = 原子量 [u] = A[u]
利用 E = mc2, 得:
1 [u] = 931.5 MeV/C2 me = 0.511 MeV/C2 mp = 938 MeV/C2 1 Mev = 106 eV
原子尺寸:
一颗原子体积 =
4 r 3
3
= 一颗原子的质量 / 原子质量密度
Fmax F |rR eEmax
p
Fmax t
2Ze 2
4 0R2
2R v
p’ Δp
p
Fmax
F
|rR eEmax
e1013
v m
p
Fmax t
2Ze 2
4 0 R 2
2R v
p’ Δp
p
tg ~ p 2Ze2 / 4 0R 2.88105 Z
p
1 2
mv2
E
R~10-10m
单位:Mev
d
—— 散射截面
即:入射到圆环d
上的
d 粒子,必定被散射到
之间
的空心圆锥体之中
由(*)式得:
d 2 a ctg a cse2 1 d
∴
p
2mv 0
sin
2
1 ( )
2
F cos
1 ( )
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where σ = (r1 + r2 )2 π. In terms of the particle number density n, ∆N = − nA∆xσ N. A
After integration, we have N = N0 e−nσL where N0 is the initial number of α-particles. The number of deflected α-particles is correspondingly Nscatt = N0 (1 − e−nσL ). The product nσ = α is also denoted as the scattering coefficient and σ as the total interaction cross section.
where NA = (6.022045 ± 0.000005) × 1023 mole−1 . Example One mole of the carbon isotope
12 C 6
is 12 grams.
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Atomic Physics
Atom Nucleus
Introduction Properties
Yuyiu Lam Atomic Physics
Atom Nucleus
Introduction Properties
Bragg diffraction
W. L. Bragg and W. H. Bragg in 1913 discovered that crystalline solids produced surprising patterns of reflected X-rays. They found that these crystals, at certain specific wavelengths and incident angles, produced intense peaks of reflected radiation (Bragg peaks). In W. L. Bragg’s model, the crystal is considered as a set of discrete parallel planes separated by a constant parameter d. The incident X-ray would produce a Bragg peak if their reflections off the various planes interfered constructively.2
Technology
Quantum electronics: Lasers, navigation, geodetics Medical technology: Radiation effects Communications technology: Laser techniques, ionosphere
Atomic Physics
Atom Nucleus
Outline
1
Atom Introduction Properties
2
Nucleus Scattering
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Atomic Physics
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Introduction Properties
Atomic physics
Atom Nucleus
Atomic Physics
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Department of Physics, Jinan University Guangzhou 510632 China m@ Version 1.0
September 8, 2010
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Atom Nucleus
Introduction Properties
Cross section
To determine the size of an atom in a gas, we may measure the interaction cross section (scattering cross section) between the collisions of atoms. Suppose we use a beam of α-particles for the gold foil experiment. Let r1 , r2 be the radii of α and gold atoms, ∆x and L be the variable of thickness and the thickness of the gold leaf, n be the number density of the gold foil, then the probability of a collision P = Area of all the interaction cross sections in the volume of the beam Total area A
Applications
Determination of units: Fundamental constants Space research: Earth and planetary atmospheres, weather Environment: Detection of pollutants Energy problems: New methods of energy production
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Introduction Properties
Avogadro number
One mole of a substance is as many grams as the relative atomic weight. One mole of any substance contains the same number NA (Avogadro number) of atoms or molecules. Therefore, Mass of an atom = Mass of 1 mole of substance NA
Rutherford then proposed a planetary model in which a cloud of electrons surrounded a small, compact nucleus of positive charge.
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Atom Nucleus
Introduction Properties
Atom
Atom, the smallest unchangeable component of a chemical element, is a fundamental building block of matter, consisting of Electron is an elementary particle, assuming with a point-like structure, carrying negative electric charge −e. Nucleus is composed of neutrons and protons, which are not elementary particles and in general called nucleons. A proton carries positive electric charge with magnitude e, and a neutron is electrically neutral. Quark Proton and neutron are in fact made up of quarks which are elementary particles of matter. Each type of quarks carries electric charge with magnitude e/3.
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Atom Nucleus
Introduction Properties
Atomic physics for:
Physics
Solid state physics: Ideal and defect structures Chemical physics: Formation of molecules, chemical reactions Astrophysics: Atomic spectroscopy Plasma physics: Excitation mechanisms Biophysics: Complex molecular structures Geophysics: Earth’s magnetic fields