材料分析测试方法部分习题答案黄新民
材料分析方法课后答案(更新至第十章)
[文档标题] [文档副标题]2015-1-4BY：二专业の学渣材料科学与工程学院第一章X 射线物理学基础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nm。
也就是说它对波长及稍短波长的X射线有强烈的吸收。
而对比稍长的X射线吸收很小。
Cu靶X射线:Kα= Kβ=。
(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=×10-34××108/×10-19××10-10)=(kv)λ0=v(nm)=(nm)=(nm)其中h为普郎克常数，其值等于×10-34e为电子电荷，等于×10-19c故需加的最低管电压应≥(kv)，所发射的荧光辐射波长是纳米。
材料分析方法课后习题答案
材料分析方法课后习题答案材料分析方法课后习题答案材料分析方法是现代科学研究中非常重要的一门学科，它涉及到材料的组成、结构和性质等方面的研究。
在材料分析方法课程中，我们学习了各种分析方法的原理和应用。
下面，我将根据课后习题，对其中的几个问题进行解答，并对相关的知识进行深入的探讨。
1. 什么是材料分析方法？材料分析方法是指通过一系列的实验技术和仪器设备，对材料的组成、结构和性质进行研究和分析的一门学科。
它可以帮助科学家们了解材料的内部结构和性质，从而为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
2. 材料分析方法的分类有哪些？材料分析方法可以根据所使用的原理和技术进行分类。
常见的分类包括：光学分析方法、电子显微镜分析方法、表面分析方法、热分析方法、光谱分析方法等。
每种分类又包含了许多具体的方法和技术。
3. 光学分析方法有哪些？光学分析方法是利用光学原理对材料进行分析的方法。
其中包括：光学显微镜、红外光谱、紫外可见光谱、拉曼光谱等。
这些方法可以用于观察材料的形貌、表面结构以及分子结构等。
4. 电子显微镜分析方法有哪些？电子显微镜分析方法是利用电子束与材料相互作用来对材料进行分析的方法。
常见的电子显微镜包括：扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
它们可以提供高分辨率的图像，帮助研究人员观察材料的微观结构和成分。
5. 表面分析方法有哪些？表面分析方法是研究材料表面组成和性质的方法。
常见的表面分析方法包括：扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）等。
这些方法可以提供关于材料表面的化学成分、形貌和结构等信息。
6. 热分析方法有哪些？热分析方法是通过对材料在不同温度下的热性质变化进行研究的方法。
常见的热分析方法包括：差热分析（DSC）、热重分析（TGA）、热膨胀分析（TMA）等。
这些方法可以用于研究材料的热稳定性、热分解行为等。
7. 光谱分析方法有哪些？光谱分析方法是利用物质与辐射相互作用产生的光谱信息来研究材料的方法。
材料分析测试方法-黄新民版第一章+X射线物理基础
• 1、定义 • X射线谱中，强度随波长连续变化的部分
，称为连续X射线谱，简称连续谱。
• 2、连续谱的特点
• ①不同管压下，连续谱在短波方向都有
一个突然截止的波长极限值，称为短波
限，用λ0表示。
• ②X射线波长由大于λ0的所有辐射组成；
•
③强度存在一最大值（约1.5 λm表示 ）。
λ0处，用
• ④对同一靶材，不同管压、管流下的连
• 高速运动的电子与物质碰撞时被突然减速或停止 运动，其大部分动能（~99%）转变为热能使物 体升温，而一小部分动能（~1%）则转变为光能 以X射线形式向外界释放。
• 封闭电子式X射线管的功率有限，为500～ 3000W。
• 2、旋转阳极
• 大功率X射线源需要用旋转阳 极。
• 因阳极不断旋转，电子束轰 击部位不断改变，故提高功 率也不会烧熔靶面。
续谱的变化规律。
3、连续X射线谱的解释
• ① 连续谱的产生 • 量子理论：
• 当能量为电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己 的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次 ，产生一个能量为hv的光子。
• 由于大量电子射到阳极上的时间和条件不尽相同，仅有一 少部分电子能产生极限能量交换，绝大多数电子经多次碰 撞完成能量交换，而辐射出波长大于λ0 的不同波长的X 射线，形成连续谱。
• X射线强度由每个光子的能量hv和单位时间通过单 位面积的光子数目n两个因素决定,即I=nhv。
• 在碰撞过程中，能产生极限能量交换的电子仅占 一少部分，而其他大量电子会产生多次碰撞完成 能量交换，因此虽然短波限对应的光子能量最大 ，但光子数目不多，故强度的极大值不在λ0处， 而位于1.5λ0附近。
• ④对同一靶材，不同管压、管流下的连续谱的变 化规律。
材料分析测试技术试题及答案
材料分析测试技术试题及答案材料分析测试技术试题及答案(一)1、施工时所用的混凝土空心砌块的产品龄期不应小于( D)。
A、14dB、7dC、35dD、28d2、高强度大六角头螺栓连接副和扭剪型高强度螺栓连接副出厂时应分别随箱带有( C )和紧固轴力(预拉力)的检验报告。
A、抗拉强度B、抗剪强度C、扭矩系数D、承载力量3、勘察、设计、施工、监理等单位应将本单位形成的工程文件立卷后向( A )移交。
A、建立单位B、施工单位C、监理单位D、设计单位4、城建档案治理机构应对工程文件的立卷归档工作进展监视、检查、指导。
在工程竣工验收前，应对工程档案进展( C )，验收合格后，须出具工程档案认可文件。
A、检查B、验收C、预验收D、指导5、既有文字材料又有图纸的案卷( A )。
A、文字材料排前，图纸排后B、图纸排前，文字材料排后C、文字材料、图纸按时间挨次排列D、文字材料，图纸材料交叉排列6、建筑与构造工程包括那几个分部( B )。
A、地基与根底、主体、装饰装修、屋面、节能分部B、地基与根底、主体、装饰装修、屋面分部C、地基与根底、主体、装饰装修分部D、地基与根底、主体分部7、在原材料肯定的状况下，打算混凝土强度的最主要因素是( B )。
A、水泥用量B、水灰比C、水含量D、砂率8、数据加密技术从技术上的实现分为在( A )两方面。
A、软件和硬件B、软盘和硬盘C、数据和数字D、技术和治理9、混凝土同条件试件养护：构造部位由监理和施工各方共同选定，同一强度等级不宜少于10组，且不应少于( A )组。
A、3B、10C、14D、2010、不属于统计分析特点的是( D )。
A、数据性B、目的性C、时效性D、准时性11、施工资料治理应建立岗位责任制，进展( C )。
A、全面治理B、全方位掌握C、过程掌握D、全范围掌握12、目前工程文件、资料用得最多的载体形式有( A )。
A、纸质载体B、磁性载体C、光盘载体D、缩微品载体13、施工资料应当根据先后挨次分类，对同一类型的资料应根据其( A )进展排序。
无机材料分析测试技术(国防工业出版社,黄新民) 课后题整理
第一章 X 射线物理学基础1、X 射线的强度X 射线的强度是指垂直X 射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。
常用的单位是J/cm 2.s 。
X 射线的强度I 是由光子能量hv 和它的数目n 两个因素决定的,即I=nhv 。
在连续谱中，强度最大值不在短波限处，而是位于1.5λ0附近。
连续谱中，每条曲线下的面积表示各种波长X 射线的强度总和，也就是阳极靶发射出的X 射线的总能量。
I 连与管电压、管电流、阳极靶的原子序数存在如下关系：Z 为阳极靶的原子序数，U 为管电压（千伏）， i 为管电流（毫安）， K=(1.1~1.5)×10-9。
2、特征X 射线特征X 射线谱由一定波长的若干X 射线叠加在连续X 射线谱上构成，它和单色的可见光相似，具有一定的波长，故称单色X 射线。
每种元素只能发出一定波长的单色X 射线，它是元素的标志，故也称为标识X 射线。
3、光电效应当入射光量子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能（即该层电子激发态能量）时，此光量子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，称光电子，原子则处于相应的激发态，这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。
光电效应使被照物质处于激发态，这一激发态和由入射电子所引起的激发态完全相同，也要通过电子跃迁向较低能态转化，同时辐射被照物质的特征X 射线谱。
由入射X 射线所激发出来的特征X 射线称荧光X 射线（二次特征X 射线）。
利用荧光X 射线进行成分分析－X 射线荧光光谱分析(Z>20)使K 层电子变成自由电子需要的能量是ωK ，亦即可引起激发态的入射光量子能量必须达到此值。
()2连0＝KiZU d I I =⎰∞λλλK K K K eU hch ===ωλν从X 射线激发光电效应的角度，称λK 为激发限；从X 射线被物质吸收的角度，称λK 为吸收限。
产生光电效应条件：X 射线波长必须小于吸收限λK 。
材料现代分析测试方法
材料现代分析方法深圳大学材料学院主讲:李均钦材料现代分析方法主要参考书:1. 周玉主编，材料分析方法，哈工大出版社2007年版。
2. 黄新民、解挺编，材料分析测试方法，国防工业出版社2006年版。
3. 王富耻主编材料现代分析测试方法，北京理工大学出版社2006年版。
4. 梁敬魁编，粉末衍射法测定晶体结构，科学出版社2003年版。
绪论能源人类文明的三大支柱｛｛信息材料结构材料功能材料材料：用以制造有用构件、器件或其它物品的物质结构材料: 耐高温、耐高压、高强度材料等功能材料: 磁性材料、半导体材料、超导体材料化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态为了了解所获材料的化学组成、物相组成、结构、组织形态及各种研究技术对材料性能的影响，需要采用相应的分析表征方法。
材料现代分析方法是一门技术性实验方法性的课程。
绪论材料现代分析测试方法的含义：广义：技术路线、实验技术、数据分析狭义：测试组成和结构的仪器方法如：X射线衍射分析电子显微分析表面分析热分析光谱分析（光谱和色谱－高分子方向单独开）绪论化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态本课程主要介绍研究材料化学组成、物相组成、结构、组织形态的现代分析方法。
本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。
它所获取的所有信息都基于材料的结构。
绪论本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。
它所获取的所有信息都基于材料的结构。
绪论本课程的内容主要有：2、透射电子显微镜（TEM）（transition electron microscope）电子束透过薄膜样品，用于观察样品的形态，通过电子衍射测定材料的结构，从而确定材料的物相。
分辨率：0.34nm● 加速电压：75kV－200kV；放大倍数：25万倍● 能谱仪：EDAX －9100；扫描附件：S7010 透射电镜绪论本课程的内容主要有：3）扫描电子显微镜（SEM）电子束在样品表面扫描，用于观察样品的形貌（具有立体感）；通过电子束激发样品的特征X射线获取样品的成分信息。
现代化材料分析测试方法期末试题及解答
现代化材料分析测试方法期末试题及解答试卷分析本试卷主要考察了现代化材料分析测试方法的基本概念、原理、技术及其应用。
试题涵盖了各种测试方法的特点、优缺点、适用范围以及相关设备的操作和维护等内容。
试题部分一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪一项不属于材料分析测试方法的分类？A. 物理方法B. 化学方法C. 力学方法D. 生物学方法2. 扫描电子显微镜（SEM）的分辨率通常高于透射电子显微镜（TEM）。
其主要原因是？A. 加速电压更高B. 样品制备更简单C. 电磁透镜的放大倍数更大D. 信号采集方式更优越3. 在能谱分析中，能量色散谱（EDS）与波谱分析（WDS）的主要区别是什么？A. 能量分辨率不同B. 信号采集方式不同C. 检测元素种类不同D. 谱图形态不同4. 以下哪种测试方法可以同时获得材料的微观形貌和成分信息？A. X射线衍射B. 光学显微镜C. 扫描电子显微镜D. 原子力显微镜5. 某同学在使用X射线光电子能谱（XPS）进行分析时，发现获取的信号强度较低。
可能的原因是？A. 样品制备不充分B. 仪器灵敏度不够C. 加速电压设置不当D. 样品与仪器接触不良二、简答题（每题5分，共25分）6. 请简述透射电子显微镜（TEM）的工作原理及其在材料分析中的应用。
7. 什么是拉曼光谱？请列举其在材料分析中的应用。
8. 请简述原子力显微镜（AFM）的工作原理及其在材料分析中的优势。
三、论述题（每题10分，共30分）9. 论述能谱分析（EDS）在材料分析中的应用范围及其局限性。
10. 结合实际情况，论述现代化材料分析测试方法在科研和工业领域的应用前景。
答案部分一、选择题答案1. D2. D3. A4. C5. B二、简答题答案6. 透射电子显微镜（TEM）的工作原理是利用电子束透过样品，样品对电子束产生散射和吸收，形成衍射图样和吸收图像。
在材料分析中，TEM可以用于观察材料的微观结构、晶体学分析、相变研究等方面。
材料分析和测试方法课后练习答案部分.doc
材料分析和测试方法课后练习答案部分第一章x光物理基础2。
如果x光管的额定功率是1.5千瓦，当管电压是35KV时，最大允许电流是多少？回答:1.5KW/35KV=0.043A。
4.为了使铜靶的Kβ线性透射系数为Kα线性透射系数的1/6，计算滤波器的厚度。
回答:由于x光管是铜靶，所以选择镍作为过滤材料。
查找表:μ mα=49.03cm2/g，μ mβ=290cm2/g，公式为，因此:，t=8.35um t6.用钼靶X射线管激发铜的荧光X射线辐射所需的最低管电压是多少？激发的荧光辐射的波长是多少？回答:EVk=hc/λVk=6.626×10-2。
如果x光管的额定功率是1.5千瓦，当管电压是35KV时，最大允许电流是多少？回答:1.5KW/35KV=0.043A。
4.为了使铜靶的Kβ线性透射系数为Kα线性透射系数的1/6，计算滤波器的厚度。
回答:由于x光管是铜靶，所以选择镍作为过滤材料。
查找表:μ mα=49.03cm2/g，μ mβ=290cm2/g，公式为，因此:，t=8.35um t6.用钼靶X射线管激发铜的荧光X射线辐射所需的最低管电压是多少？激发的荧光辐射的波长是多少？回答:EVk=hc/λVk=6.626×10:相干散射、非相干散射、荧光辐射、吸收极限、俄歇效应A: ⑴当x射线穿过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下会产生受迫振动，受迫振动会产生与入射光频率相同的交变电磁场。
这种散射被称为相干散射，因为散射线的波长和频率与入射光线的波长和频率相同，相位固定，并且相同方向的散射波满足相干条件。
⑵当χ射线被电子或结合力小的自由电子散射时，可以得到比入射χ射线波长更长的χ射线，且波长随散射方向的不同而变化。
这种散射现象被称为非相干散射。
⑶具有足够能量的χ射线光子从原子内部发射出一个K电子。
当外层电子填满K空位时，K射线将向外辐射。
这种辐射过程是由χ射线光子激发原子引起的，称为荧光辐射。
材料分析测试方法黄新民版第二章+X射线衍射原理PPT课件
c*
c 3 b 2
O
O*
1
b*
(010)
a
(001) (100)
a*
正倒点阵基本矢量之间的关系
X射线衍射原理X射线衍射原理
6
1、倒易点阵的定义
• 若以a、b、c表示晶体点阵的基矢，则与之对应的倒易点 阵基矢a*、b*、c*可以用下列两种完全等效的方式来定义 。
• 定义一：
a b a c b a b c c a c b 0
• 变换得到的点阵的许多性质与晶体正点阵保持着倒易关系， 故称为倒易点阵；
倒易点阵理论是分析晶体 衍射问题的有力工具！
X射线衍射原理X射线衍射原理
5
一、倒易点阵的构建
• 倒易点阵也是由许多点在三维 空间中有规律地、周期地排列 而成的。
• 倒易点阵所在空间为倒空间。
• 与正点阵中相似的名词，如 倒易点、倒易矢量(倒易点阵 方向)、倒易面(倒易点阵面) 、倒易点阵胞等。
cos * cos cos cos sin sin
*、*、*分别为 b*和c*、 c*和a*、 a*和b*之间的夹角。
X射线衍射原理X射线衍射原理
11
2、倒易点阵的构建
• 如何构建与正点阵对应的倒易点阵？
• 步骤： • 第一步：从a、b、c唯一地求出a*、b*、c*； • 第二步：根据a*、b*、c*作出倒易阵胞； • 第三步：将倒易阵胞在空间作三维平移，即可作
• 倒易点阵尺寸量纲为长度的倒数。
• 上述两种定义是等效的！
每种晶体物质的倒易点阵也 是每种物质本身特有的！
X射线衍射原理X射线衍射原理
8
• 由定义中的矢量关系表明：
• 方向上，倒易点阵的基本矢量垂直于正点阵异名矢量构 成的平面。
材料分析测试方法部分习题答案黄新民
材料分析测试方法课后习题答案1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2.分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。
答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。
最内层能量最低，向外能量依次增加。
根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。
由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以Kß的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。
因此在不考虑能量损失的情况下：（1）CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同）（2）CuKß能激发CuKa荧光辐射；（Kß>Ka）（3）CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la）3.什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
材料分析测试技术_部分课后答案
材料分析测试技术部分课后答案9-1、电子波有何特征？与可见光有何异同？答：·电子波特征：电子波属于物质波。
电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，=h mvλ若电子速度较低，则它的质量和静止质量相似；若电子速度具有极高，则必须经过相对论校正。
·电子波和光波异同：不同：不能通过玻璃透镜会聚成像。
但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子束折射，从而产生电子束的会聚与发散，达到成像的目的。
电子波的波长较短，其波长取决于电子运动的速度和质量，电子波的波长要比可见光小5个数量级。
另外，可见光为电磁波。
相同：电子波与可见光都具有波粒二象性。
9-2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。
聚焦原理：电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时，将产生一个与运动方向垂直的力（洛仑兹力）使电子运动方向发生偏转。
在一个电磁线圈中，当电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过线圈；当电子运动偏离轴线时，电子受磁场力的作用，运动方向发生偏转，最后会聚在轴线上的一点。
电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线。
右图短线圈磁场中的电子运动显示了电磁透镜聚焦成像的基本原理：结构的影响：1）增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地集中在狭缝周围几毫米的范围内；2）电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于一个由软磁材料（纯铁或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳子里，此时线圈的磁力线都集中在壳内，磁感应强度得以加强。
狭缝的间隙越小，磁场强度越强，对电子的折射能力越大。
3）改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距9--3、电磁透镜的像差是怎样产生的，如何消除和减少像差？像差有几何像差（球差、像散等）和色差球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的；为了减少由于球差的存在而引起的散焦斑，可以通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来实现像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的；透镜磁场不对称，可能是由于极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因导致的。
材料分析测试方法-黄新民-课程教案
优秀教案欢迎下载课程教案根据大纲要求《材料分析测试方法》课程学时64，分配如下：1、课时学时分配讲课52 学时绪论 2第一章 X 射线的性质4第二章 X 射线衍射 6第三章多晶体分析方法4第四章 X 射线衍射应用6第五章透射电子显微镜4第六章电子衍射 6第七章晶体薄膜衍射成像分析6第八章第九章第十章扫描电子显微镜与电子探针光谱分析简介4其它显微分析方法简介462.实验学时： 12 学时1.德拜相机与德拜相，立方晶系粉末相指标化。
2 学时2.衍射仪结构与实验23.物相分析 24.透射电子显微镜结构与工作原理25.选区电子衍射及明、暗场成像26.扫描电子显微镜及电子探针2第一次课教学内容：绪论（ 50 分钟）介绍材料分析测试技术在材料科学研究中的作用和应用，介绍材料分析测试方法的发展历史，让同学在了解了开设本门课程的意义后，激发同学们对材料分析方法的喜爱，对这们科学的向往。
第一章X 射线的性质X 射线在电磁波谱中的波段，（5分钟）X 射线的本质；（ 10 分钟）X 射线产生条件及X 射线管；（ 35 分钟）简要介绍 X 射线诞生和发展历史。
讲解电磁波谱及X 射线的波长范围。
介绍X 射线的性质和本质。
详细讲解X 射线产生条件及X 射线管的构造。
本节重点是X 射线产生条件及X 射线管部分的内容，难点是从物理本质上认识X 射线的产生机制。
第二次课教学内容：X 射线谱，连续谱（20 分钟），特征谱产生机理（30 分钟）；X 射线与物质的相互作用（ 5 分钟），相干散射（ 5 分钟），非相干散射（的吸收（ 15 分钟），吸收系数（ 5 分钟），吸收限（ 10 分钟），10 分钟）， X射线X 射线谱连续谱和特征谱产生机理是本节重点讲解的内容。
要讲清楚 X 射线连续谱，特征谱的物理本质，产生机理，作用和特征谱的命名方法等。
X 射线与物质的相互作用是另一个重点，X 射线与物质的相互作用产生散射和吸收是现象，其内在的物理过程和本质必须讲透彻。
大学物理黄新民下册课后习题答
习题解答14-1 将一无限长直载流导线，中部弯成一个半径为R 的半圆形，求圆心处的B。
解：设电流为I ，O 点的磁场由两半无限长载流导线和载流半圆形产生。
321B B B B++=021==B B载流圆环在圆心处产生的磁场为R I20μ，则载流半圆环在圆心O 处产生的磁场为R IB 40μ= 方向如图14-2 电流2a面上，距板面为x 的一点P 处磁感应强度B ；（2）当∞→a ，但维持a Ii 2=（称线电流密度）不变时，P 点处的B。
解：（1）如图 dy idy dIaI 2==， 则 2/12200)(22x y dIrdIdB +==πμπμ⎰===0sin cos x y x dB dB dB dB dB θθx a a I x y xdy a I a a y y arctg dB B Bπμπμ2)(220220====+-⎰⎰(2)∞→a 代入 xa a I arctg Bπμ20= 取极限得 2400iaIB μμ==14-3 半径为R 的圆片上均匀带电，电荷面密度为e σ，令该圆片以角速度ω绕中心轴旋转，求轴线上磁场分布。
解：圆盘每秒转动次数为πω2，圆盘上电荷面密度为2R qeπσ=，在圆盘上取一半径为r ，宽度为dr 的环带，此环带所带电量rdr dqe πσ2⋅=此环带转动相当于一圆电流，其电流大小为πω2dq dI =，它在x 处产生的磁感应强度为dy ydr dBx r r x r dIr e 2/3)(2)(222302/32220++==ωσμμ， 方向沿x 轴，故x 处的总磁感应强度大小为 ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==+++R x R x R x r r x dr B e e 0)(22)(222/1222202/32230ωσμωσμ 14-4 一磁场的磁感应强度为)(T ck bj ai B ++=则通过一半径为R ，开口向Z 正方向的半球壳表面的磁通量为多少。
解：⎰⎰=⋅=Φc R S d B m 2π14-5 均匀磁场的磁感应强度B 与半径为r 的圆形平面的法线n的夹角为a ，今以圆周为边界，作一半球面S ，S 与圆形平面组成封闭面，如图所示。
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材料分析测试方法课后习题答案1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2.分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。
答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。
最内层能量最低，向外能量依次增加。
根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。
由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以Kß的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。
因此在不考虑能量损失的情况下：（1）CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同）（2）CuKß能激发CuKa荧光辐射；（Kß>Ka）（3）CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la）3.什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
或二次荧光。
⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K系的吸收限。
⑸当原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态，其能量为E k。
如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成了L电离，其能由Ek变成El，此时将释Ek-El的能量，可能产生荧光χ射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。
即K层的一个空位被L层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。
4.产生X射线需具备什么条件？答：实验证实:在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能产生X射线，对于其他带电的基本粒子也有类似现象发生。
电子式X射线管中产生X射线的条件可归纳为：1，以某种方式得到一定量的自由电子；2，在高真空中，在高压电场的作用下迫使这些电子作定向高速运动；3，在电子运动路径上设障碍物以急剧改变电子的运动速度。
5. Ⅹ射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？答：波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量，能量和动量，反映了物质运动的分立性。
6. 计算当管电压为50 kv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。
解：已知条件：U=50kv电子静止质量：m 0=9.1×10-31kg光速：c=2.998×108m/s电子电量：e=1.602×10-19C普朗克常数：h=6.626×10-34J.s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为E=eU=1.602×10-19C ×50kv=8.01×10-18kJ由于E=1/2m 0v 02所以电子与靶碰撞时的速度为v 0=(2E/m 0)1/2=4.2×106m/s所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压 λ0（Å）＝12400/v(伏) ＝0.248Å 辐射出来的光子的最大动能为E 0＝h ʋ0＝hc/λ0＝1.99×10-15J7. 特征X 射线与荧光X 射线的产生机理有何异同？某物质的K 系荧光X 射线波长是否等于它的K 系特征X 射线波长？ 答：特征X 射线与荧光X 射线都是由激发态原子中的高能级电子向低能级跃迁时，多余能量以X 射线的形式放出而形成的。
不同的是：高能电子轰击使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是特征X 射线；以 X 射线轰击，使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是荧光X 射线。
某物质的K 系特征X 射线与其K 系荧光X 射线具有相同波长。
8. 连续谱是怎样产生的？其短波限VeV hc 21024.1⨯==λ与某物质的吸收限kk kV eV hc 21024.1⨯==λ有何不同（V 和V K 以kv 为单位）？ 答 当ⅹ射线管两极间加高压时，大量电子在高压电场的作用下，以极高的速度向阳极轰击，由于阳极的阻碍作用，电子将产生极大的负加速度。
根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。
由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续ⅹ射线谱。
在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这个光量子便具有最高能量和最短的波长，即短波限。
连续谱短波限只与管压有关，当固定管压，增加管电流或改变靶时短波限不变。
原子系统中的电子遵从泡利不相容原理不连续地分布在K,L,M,N 等不同能级的壳层上，当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出原子系统之外，从而使原子处于激发态。
这时所需的能量即为吸收限，它只与壳层能量有关。
即吸收限只与靶的原子序数有关，与管电压无关。
9. 为什么会出现吸收限？K 吸收限为什么只有一个而L 吸收限有三个？当激发K 系荧光Ⅹ射线时，能否伴生L 系？当L 系激发时能否伴生K 系？答：一束X 射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果。
并且吸收是造成强度衰减的主要原因。
物质对X 射线的吸收，是指X 射线通过物质对光子的能量变成了其他形成的能量。
X 射线通过物质时产生的光电效应和俄歇效应，使入射X 射线强度被衰减，是物质对X 射线的真吸收过程。
光电效应是指物质在光子的作用下发出电子的物理过程。
因为L 层有三个亚层，每个亚层的能量不同，所以有三个吸收限，而K 只是一层，所以只有一个吸收限。
激发K 系光电效应时，入射光子的能量要等于或大于将K 电子从K 层移到无穷远时所做的功Wk 。
从X 射线被物质吸收的角度称入K 为吸收限。
当激发K 系荧光X 射线时，能伴生L 系，因为L 系跃迁到K 系自身产生空位，可使外层电子迁入，而L 系激发时不能伴生K 系。
10. 已知钼的λK α＝0.71Å，铁的λK α＝1.93Å及钴的λK α＝1.79Å，试求光子的频率和能量。
试计算钼的K激发电压，已知钼的λK ＝0.619Å。
已知钴的K 激发电压V K ＝7.71kv ，试求其λK 。
解：⑴由公式νK a=c/λK a 及E ＝h ν有：对钼，ν＝3×108/(0.71×10-10)＝4.23×1018（Hz ）E=6.63×10-34×4.23×1018＝2.80×10-15（J ）对铁，ν＝3×108/（1.93×10-10）＝1.55×1018（Hz ）E=6.63×10-34×1.55×1018＝1.03×10-15（J ）对钴，ν＝3×108/(1.79×10-10)＝1.68×1018（Hz ）E=6.63×10-34×1.68×1018＝1.11×10-15（J ） ⑵ 由公式λK ＝1.24/V K ，对钼V K ＝1.24/λK ＝1.24/0.0619=20(kv)对钴λK ＝1.24/V K ＝1.24/7.71=0.161(nm)=1.61(À)。
11. X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为lmm ，试计算这种铅屏对CuK α、MoK α辐射的透射系数各为多少？解：穿透系数I H /I O =e -μm ρH，其中μm ：质量吸收系数/cm 2g -1，ρ：密度/g cm -3H ：厚度/cm ，本题ρPb =11.34g cm -3,H=0.1cm对Cr K α，查表得μm=585cm 2g -1， 其穿透系数I H /I O =e-μm ρH=e-585×11.34×0.1=7.82×e-289=71.1310-⨯对Mo K α，查表得μm=141cm 2g -1， 其穿透系数I H /I O =e-μm ρH=e-141×11.34×0.1=3.62×e -70=121.35210-⨯12. 厚度为1mm 的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低为原来的23.9％，试求这种Ⅹ射线的波长。
试计算含Wc ＝0.8％，Wcr ＝4％，Ww ＝18％的高速钢对MoK α辐射的质量吸收系数。
解：•I H ＝I 0e-(μ/ρ) ρH ＝I 0e-μmρH •式中μm ＝μ/ρ称质量衷减系数， 其单位为cm 2／g ，ρ为密度，H 为厚度。
今查表Al 的密度为2.70g/cm -3. H=1mm, I H =23.9% I 0带入计算得μm ＝5.30查表得：λ＝0.07107nm （MoK α）μm=ω1μm1+ω2μm2+…ωi μmiω1, ω2 ωi 为吸收体中的质量分数，而μm1，μm2 μmi 各组元在一定X 射线衰减系数 μm=0.8％×0.70＋4％×30.4＋18％×105.4＋（1－0.8％－4％－18％）×38.3=49.7612（cm 2／g ）14. 欲使钼靶X 射线管发射的X 射线能激发放置在光束中的铜样品发射K 系荧光辐射，问需加的最低的管压值是多少？所发射的荧光辐射波长是多少？ 解：eV k =hc/λV k =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。