原子物理学课件 (10)
合集下载
原子物理学(第十章)
3
原子物理学
第十章
原子核
10.1 原子核的基本性质 2、原子核的质量 原子核有质量。对原子核的描述或进行某些计算时， 原子核有质量。对原子核的描述或进行某些计算时， 往往用整个中性原子的质量数值。 往往用整个中性原子的质量数值。原子的总质量等于原 子核的质量加核外电子的质量，再减去相当于电子全部 子核的质量加核外电子的质量， 结合能的数值。 结合能的数值。所以由原子总质量可以算出原子核的质 量。以后谈到原子质量都指中性原子的总质量。 以后谈到原子质量都指中性原子的总质量。
11
原子物理学
第十章
原子核
10.1 原子核的基本性质 5、原子核的角动量 原子核的角动量可以从原子 光谱的超精细结构、 光谱的超精细结构、或从分 子光谱测得。表10.2中开 子光谱测得。 10. 列了一些原子核的I 列了一些原子核的I值。可 以看到，具有偶数质量数A 以看到，具有偶数质量数A 的原子核的I值都是整数， 的原子核的I值都是整数， 奇数质量数的原子核的I 奇数质量数的原子核的I值 都是半整数。 都是半整数。
原子物理学
第十章
原子核
原子核是原子的中心体，研究这个中心体的特性、 原子核是原子的中心体，研究这个中心体的特性、 结构和变化等问题的一门科学称为原子核物理学。 结构和变化等问题的一门科学称为原子核物理学。 关于原子核的知识可以分为两个方面， 关于原子核的知识可以分为两个方面，一方面是对 原子核的结构、核力、核反应等问题的研究， 原子核的结构、核力、核反应等问题的研究，这些是涉 的研究 及物质结构的基本问题的。研究的目的是为了了解自然， 及物质结构的基本问题的。研究的目的是为了了解自然， 掌握自然规律，为更多地利用自然开辟道路的； 掌握自然规律，为更多地利用自然开辟道路的；另一个 方面是原子能和放射性的应用。 方面是原子能和放射性的应用。上述两方面的研究有密 切联系，是互相推动前进的。 切联系，是互相推动前进的。对原子核的研究在理论上 和应用上都有重要性。 和应用上都有重要性。
原子物理学第四版.ppt
有效的量子态个数：
np 2 的态项:
（1）
（2）
（3）
总自旋
总角动量
LS耦合
5-11. 氦原子基态 2He : 1s 2
在施忒恩盖拉赫实验中，基态氦原子将形成 1 束原 子射线束.
硼原子基态 5B ： 1s 22s 22p 1
在施忒恩盖拉赫实验中，基态硼原子将分裂成 2束 原子射线束.
5-12. 磷原子基态 15P ： 1s 22s 22p 63s 23p 3 硫原子基态 16S ： 1s 22s 22p 63s 23p 4
a
2 d sin
2 0.18 sin 30 0.18nm
d
h 6.63 1034
p 0.18 109
3.68 1024 kg m / s
Ek
p2 2m
3.68 1024 2 2 1.67 1027
h 0
1 3
m0c 2
0.511MeV 3
0.17 MeV
P
max
h
h
0
h
3c
h
c
4h
3c
4m0c 3
3.641022(kg m / s)
px
2r
1.05 1034 2 1014
0.53 1020 kg m/s
取最小动量为： p 0.531020 kg m/s
v
p m
0.53 1020 kg m/s 9.111031 kg
c(3 108 m/s )
所以需要应用相对论的能量动量公式
np 2 的态项:
（1）
（2）
（3）
总自旋
总角动量
LS耦合
5-11. 氦原子基态 2He : 1s 2
在施忒恩盖拉赫实验中，基态氦原子将形成 1 束原 子射线束.
硼原子基态 5B ： 1s 22s 22p 1
在施忒恩盖拉赫实验中，基态硼原子将分裂成 2束 原子射线束.
5-12. 磷原子基态 15P ： 1s 22s 22p 63s 23p 3 硫原子基态 16S ： 1s 22s 22p 63s 23p 4
a
2 d sin
2 0.18 sin 30 0.18nm
d
h 6.63 1034
p 0.18 109
3.68 1024 kg m / s
Ek
p2 2m
3.68 1024 2 2 1.67 1027
h 0
1 3
m0c 2
0.511MeV 3
0.17 MeV
P
max
h
h
0
h
3c
h
c
4h
3c
4m0c 3
3.641022(kg m / s)
px
2r
1.05 1034 2 1014
0.53 1020 kg m/s
取最小动量为： p 0.531020 kg m/s
v
p m
0.53 1020 kg m/s 9.111031 kg
c(3 108 m/s )
所以需要应用相对论的能量动量公式
原子物理学褚圣麟PPT课件
Z*e
r
H
e•
v
m
Z*e
H
r •e
轨道角动量 pl mvr sin
附加能量
Bpl
s
Els p jsB cos
p s
cos
B
0Z *ev
4πr 2
sin
p2j pl2 ps2
2 pl ps
第22页/共42页
4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用
➢ 附加能量按相对论处理结果（1925年）
n 相同，l 不同的能级高低差别很大
第8页/共42页
4.1 碱金属原子的光谱
例 Na 原子的基态为3S，已知其共振线波长为 589.3nm, 漫线系第一条的波长为819.3nm, 基线系第 一条波长为1845.9nm, 主线系的系限波长为241.3nm, 试求 3S、3P、3D、4F 各谱项的项值。
p,l 1 n* 1.960 2.956 3.954 4.954
T
12202. 5 6862. 5 4389. 2
d,l 2 n*
2.999 3.999 5.000
f ,l
3
T
n*
6855. 5 4381. 2
4.000 5.004
3499. 6 2535. 3
5.599 6.579
3094. 4 2268. 9
V
1.85V
辅线系
~
n
~
R n*2
n*
~
n
~
E hc
第一激发 态能量
eU2
E
hc
5.6 4 8 81 019 J
U2 3.52V U U1 U2 5.38V
第27页/共42页
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
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
原子物理学杨福家ppt课件
如果两个平面的距离是 d asin
n 2d cos 2asin cos asin 2 asin
n a sin ——布拉格公式。
因此由加速电压就可以求得波长。将波长带入布拉 格关系式中，得
n1.226 a sin
Ek
E1 2 k
n 1.226
a sin
nk
所以上式中右端是一个常数的整数倍。式子表示， 当V值逐渐变化，其平方根等于一个常数的整数倍时，接 收器收到的电子数量应增加。这与实验结果符合得很好。
射的图样，并证明了测量准确度范围内 h p 的正确性。
实验原理
衍射图象
1937年，戴维逊和汤姆逊因电子的衍射现象，证实了 电子波而共同获得了诺贝尔物理学奖。
此后，琼森(Jonsson)实验作了大量电子的单缝、双 缝、三缝和四缝衍射实验。
单缝 双缝 三缝 四缝
基本 a 0 .3μ m d 1μ m 数据 V 5 0 kV 5 .0 1 0 3 n m
(2)当不变时，I与V的关系如 右图，当V改变时，I亦变；而 且随着V周期性的变化。
电子在晶体中的散射是射线 的一个特例，这时的散射平面既 是一个镜面，又是一个晶面，这 种面被称为布拉格面，所产生的 衍射又称为布拉格衍射。由两平 面衍射的波应该有相同的位相， 就是说两束波的波程差应该等于 波长的整数倍。
在玻尔理论中，原子中的电子的角动量、能量都只
能取一些值的整数倍，如电子轨道的角动量 L n ，
他认为这种整数现象是波的特征，如波的衍射现象。
在1923年9-10月，德布罗意一连写了三篇论文，提 到所有的物质粒子都具有波粒二象性，认为任何物体伴随 以波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。
给出粒子的动量p与这伴随着的波的波长λ之间的关 系为：
n 2d cos 2asin cos asin 2 asin
n a sin ——布拉格公式。
因此由加速电压就可以求得波长。将波长带入布拉 格关系式中，得
n1.226 a sin
Ek
E1 2 k
n 1.226
a sin
nk
所以上式中右端是一个常数的整数倍。式子表示， 当V值逐渐变化，其平方根等于一个常数的整数倍时，接 收器收到的电子数量应增加。这与实验结果符合得很好。
射的图样，并证明了测量准确度范围内 h p 的正确性。
实验原理
衍射图象
1937年，戴维逊和汤姆逊因电子的衍射现象，证实了 电子波而共同获得了诺贝尔物理学奖。
此后，琼森(Jonsson)实验作了大量电子的单缝、双 缝、三缝和四缝衍射实验。
单缝 双缝 三缝 四缝
基本 a 0 .3μ m d 1μ m 数据 V 5 0 kV 5 .0 1 0 3 n m
(2)当不变时，I与V的关系如 右图，当V改变时，I亦变；而 且随着V周期性的变化。
电子在晶体中的散射是射线 的一个特例，这时的散射平面既 是一个镜面，又是一个晶面，这 种面被称为布拉格面，所产生的 衍射又称为布拉格衍射。由两平 面衍射的波应该有相同的位相， 就是说两束波的波程差应该等于 波长的整数倍。
在玻尔理论中，原子中的电子的角动量、能量都只
能取一些值的整数倍，如电子轨道的角动量 L n ，
他认为这种整数现象是波的特征，如波的衍射现象。
在1923年9-10月，德布罗意一连写了三篇论文，提 到所有的物质粒子都具有波粒二象性，认为任何物体伴随 以波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。
给出粒子的动量p与这伴随着的波的波长λ之间的关 系为：
原子物理学(X射线)ppt课件
– K系列:谱线: K , K , K , … , – L系列:谱线: L , L , L , … , – M系列:谱线: M , M , M , … , – N系列:谱线: N , N , N , … ,
• K谱线频率莫塞莱经验公式
K 0.2461016(ZK)2H z K1
莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法 .
• 康普顿散射的实验装置 • 康普顿散射的实验规律 • 经典考虑 • 量子解释 • 几点讨论 • 康普顿散射与基本测量
.
5.3.1.康普顿散射的实验装置
X 射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质. )
X 射线谱仪
.... .. .............................................................................
h
0
n0
h
n
m
v
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
m c2m oc2h(0-)m oc2hc( 1 0- 1)
(m c2 )2 (m o c2 )2 2 m o c 3 h (1-1) (h c )2 (1-1)2
0
0
(mv)2(h0)2(h)22h02 cosj .
5.3.4.量子解释(3)
5.1.4.X射线的衍射(1)
• 电磁波通过狭缝衍射
–要求波长与狭缝的大小同数量级
• X射线波长数量级:0.1nm
– 0.1nm的狭缝难以制造
• 晶体: 原子(格点)有规则排列的结构
– 晶格常数d : 相邻格点的距离 – 晶格常数d的数量级与X射线波长数量级相同
• K谱线频率莫塞莱经验公式
K 0.2461016(ZK)2H z K1
莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法 .
• 康普顿散射的实验装置 • 康普顿散射的实验规律 • 经典考虑 • 量子解释 • 几点讨论 • 康普顿散射与基本测量
.
5.3.1.康普顿散射的实验装置
X 射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质. )
X 射线谱仪
.... .. .............................................................................
h
0
n0
h
n
m
v
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
m c2m oc2h(0-)m oc2hc( 1 0- 1)
(m c2 )2 (m o c2 )2 2 m o c 3 h (1-1) (h c )2 (1-1)2
0
0
(mv)2(h0)2(h)22h02 cosj .
5.3.4.量子解释(3)
5.1.4.X射线的衍射(1)
• 电磁波通过狭缝衍射
–要求波长与狭缝的大小同数量级
• X射线波长数量级:0.1nm
– 0.1nm的狭缝难以制造
• 晶体: 原子(格点)有规则排列的结构
– 晶格常数d : 相邻格点的距离 – 晶格常数d的数量级与X射线波长数量级相同
原子物理学_课件PPT课件
总的微分散射截面
d ' md nAtd
第35页/共48页
d
dN I
a 4
2
1
sin4
d
2
d ' md dN '
I
d
'
nAt
a 4
2
1
sin4
d
2
dN ' I
nAt
a 4
2
1
sin 4
d
dN '
AId
nt
a 4
2
1
sin 4
2
2
dN '
Nd
nt
a 4
2
1
sin4
第12页/共48页
Sir Joseph John Thomson
汤姆逊被誉为:“一位最 先打开通向基本粒子物 理学大门的伟人.”
J.J. Thomson 1897 放电管
1906诺贝尔物理学奖
第13页/共48页
加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。
再加磁场B后，射线不偏转， qB qE E / B 。
第8页/共48页
1833年 法拉第电解定律
W M Q F
1857年德国玻璃工海因里希·盖斯勒发明了更好的泵来抽 真空，由此发明了盖斯勒管
1858德国普吕克利用“盖斯勒管”研究气体放电，辉光现 象随磁场变化改变形状
1869其学生西多夫10万分之一大气压下，物体置入阴极 与荧光屏之间会有影子，射线起源于阴极，射线直线传播
第3页/共48页
机械原子学说 17世纪 Newton
原子
有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体
原子的运动是机械位移，遵守力学定律
d ' md nAtd
第35页/共48页
d
dN I
a 4
2
1
sin4
d
2
d ' md dN '
I
d
'
nAt
a 4
2
1
sin4
d
2
dN ' I
nAt
a 4
2
1
sin 4
d
dN '
AId
nt
a 4
2
1
sin 4
2
2
dN '
Nd
nt
a 4
2
1
sin4
第12页/共48页
Sir Joseph John Thomson
汤姆逊被誉为:“一位最 先打开通向基本粒子物 理学大门的伟人.”
J.J. Thomson 1897 放电管
1906诺贝尔物理学奖
第13页/共48页
加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。
再加磁场B后，射线不偏转， qB qE E / B 。
第8页/共48页
1833年 法拉第电解定律
W M Q F
1857年德国玻璃工海因里希·盖斯勒发明了更好的泵来抽 真空，由此发明了盖斯勒管
1858德国普吕克利用“盖斯勒管”研究气体放电，辉光现 象随磁场变化改变形状
1869其学生西多夫10万分之一大气压下，物体置入阴极 与荧光屏之间会有影子，射线起源于阴极，射线直线传播
第3页/共48页
机械原子学说 17世纪 Newton
原子
有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体
原子的运动是机械位移，遵守力学定律
《原子物理学》PPT课件
R
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
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 第10讲
3.电子组态与能级的对应
电子组态一般表示为n1l1n2l2 ；组态的主量子数和 角量子数不同，会引起能量的差异，比如1s1s 与 1s2s 对应的能量不同；1s2s 与1s2p 对应的能量 也不同。 一般来说，主量子数不同，引起的能量差异会更大， 主量子数相同，角量子数不同，引起的能量差异相 对较小一些。 同一电子组态可以有多种不同的能量，即一种电子 组态可以与多种原子态相对应。 我们知道，一种 原子态和能级图上一个实实在在的能级相对应。
二、原子态 1、影响原子态的电子相互作用形成。 两个价电子各有轨道运动和自旋运动，共有四种角动量pl1、 pl2 、 ps1 、ps2 ，可由其量子数l1，l2，s1，s2来表示。 它们之间有六种相互作用： G1(s1,s2)： G2(l1,l2)： G3(l1,s1),： G4(l2,s2)： G5(l1,s2) G6(l2,s1) 两个电子的自旋相互作用 两个电子的轨道相互作用 一个电子轨道运动与其自己的自旋的相互作用 另一个电子轨道运动与其自己的自旋的相互作用 一个电子轨道运动与另一个电子 的自旋运动的相互作用
2、LS 耦合 （1）LS 耦合定义
G1、G2远大于G3、G4时，两电子间的相互作用主要为G1和G2， 其它可忽略。原子态由G1和G2决定。
G1(s1,s2)为两电子自旋的相互作用，可认为是两自旋角 动量ps1和ps2作用形成总的自旋角动量Ps ； G2(l1,l2)为两电子轨道运动的相互作用，可认为是两轨 道角动量pl1和pl2作用形成总的轨道角动量PL。 Ps 和 PL 相互作用，形成体系总角动量 PJ ，反映原子体系
氦 的 能 级 图
3．能级和能级图的特点 能级分为两套，单层和三层能级间没有跃迁； 氦的第一激发态有两个态1S0和3S1，三重态的 能级比单一态低0.8ev。 基态和第一激发态之间能差很大，约19.77eV 所有的3S1态都是单层的； 氦的电离能为24.47eV，是所有元素中最大的。 23S1和21S0都是亚稳态，21S0的寿命为19.5ns.
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(00003)市公开课金奖市赛课一等奖课件
第三章：量子力学初步
第四节：薛定谔方程
定态薛定谔方程
由
1 u
2 2m
2u
Vu
i f
f t
E
得
i f E f t
f
(t )
Fe
iE
t
定态 力学量算符
2 2u Vu Eu 2m
定态薛定谔方程
xyzt
u
xyz
e
iE
t
back
next
目录 结第束23页
第三章：量子力学初步
第四节：薛定谔方程
d d
称为几率密度
波函数意义
波函数特性
波函数与玻尔轨 道量子化条件
back
next
目录 结第束16页
第三章：量子力学初步
第三节：波函数及其物理意义
按照波函数物理意义，波函数应当满足条件: 连续、单值、有限、归一化
d 1
波函数意义
波函数特性
波函数与玻尔轨 道量子化条件
back
next
目录 结第束17页
第三章：量子力学初步
第五节：量子力学问题简例
一维无限深势井中粒子
V x
uI
(x)
C
cos
n
a
D
sin
n
a
x x
uII (x) 0
n 1,3,5,
II n 0,2,4,6,
I V 0
a 2
II 无限势井 简谐振子
势垒
ax
2
使用归一化条件：
u2 xdx 1
a 2 C 2 cos2 n xdx 1
自由粒子波函数：
k
0cos
t
rk V
原子物理(全套480页PPT课件)
遏止电势表明光电子有一个初速度的上
限v0，其相应的动能为
1 2
m
v
2 0
eV0
1.28
（3）截止频率（红限）
结论（i）当改变入射光束频率时，遏 止电势V0 随之改变， V0~ 成线性 关系。
V0 0 0
（ii）当低于某一频 率0 时，V0 = 0 。这 时，不论光强多大，
光电效应不再发生。
频率0称为光电效应 的截止频率或频率的 红限。
着频率及波长的概念，光的能量 正比
于其频率 ，即：
= h
1.30
爱因斯坦公式：
根据爱因斯坦假说，光束照射在金属 上时，光子是一个个地打在上面，电 子吸收的能量为 W= h。
h
1 2
m v02
A
eV0
A
1.31
2.3，康普顿效应
在研究x射线与物质散射实验中证明 了x射线的粒子性，起作用的不仅是 光子的能量，而且还有它的动量。
max T b
1.21
b：维恩常数，实验值为 b = 0.289 cm.K
热辐射颜色随温度T变化：
T（K） 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 max（nm） 5760 2880 1440 960 720 580 480 410 360
1.5，维恩公式和瑞利－金斯公式
uT d
8h 3
c3
d
eh kBT
1
uT
d
8hc 5
ehc
d
kBT
1
1.26 1.27
kB：波耳兹曼常数； h ＝ 6.62610-34 J.s 普朗克常数
h >> kBT，普朗克公式 维恩公式 h << kBT，普朗克公式 R-J公式
- 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)。
Cd 原子的电离能级(X射线能级) -－ I、能级结构
电离前 电离能 主壳层符号
（Kev）
电离后 原子态 1s
2S 1/2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10
4s2 4p6 4d10
268
K
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
内
1、
2、 3、 4、
容
产生X射线的装置；
原子的X射线能级结构； X射线的吸收光谱； X射线的辐射光谱 I －标识谱（分离谱）；
5、
X射线的辐射光谱 II－轫致谱（连续谱）。
1、 X射线的发现和装置
X射线实验：1895年，伦琴（德国人）在用阴极射线管 做实验时发现的新射线。
W. C. Röntgen
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
E=h 2s 5 (能量 2p 可调） 3s 3p5
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
3s2 3p6
M 吸收限
3d10
3d9
N 吸收限
4s2 4p6 4d10
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
2s 2p5 3s 3p5 3d9
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
2S
4s 4p5 4d9
5s2
8.99(ev)
O1
5s
无电离原子的激发态能级
1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
2 1 2 1 2
2s 2p5
M线系
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
轫：刃＋车（轮）
轫致辐射→刹车辐射
小结(1) －Cd 原子的电离能级 (X射线能级)
1s2 268 （Kev）
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
K
K 吸收限 L 吸收限
K线系 L线系
1s
2S 1/2
2s2 2p6
L1 L2 L3 M1 M2 M3 M4 M5
N1 N2 N3 N4 N5
2 1
M 吸收限
2s 2p5
M线系
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2
3s2 3p6
3s 3p5
0
2
N吸 收限
3d9
0
min
问题：1, “连续”谱怎样产生？
2, 怎样解释 min ？
电子云 金属
轫致谱（连续谱）产生的机制
高能电子射入重金属原子时，受电子云库仑力作用而做负加 速度（减速）运动。减速前后的能量差以光子（X射线）的形式辐
射出来，形成轫致辐射。
1 meVK2,1 设：EK，1（射入电子云前电子动能）＝ 2
2、原子的X射线能级 －重金属原子的电离能级
以Cd (Z = 48)原子为例，基态电子组态为：
n= 1 K 1s2 2 L 2s22p6 3 M 4 N 5 O
3s23p63d10 4s24p64d10 5s2
K(2) L(8) M(18) N(18) O(2)
Ze
X射线能级图： －各个支壳层电离一个电子后形成的能级图
(能量可调)
(吸收系数）＝
＋1（共振） ＋2（非共振） ＋3（散射）
整体：K、L 、M 吸收系+背景 特点：连续吸收背景上的分 离吸收谱。
E= h
E= h M L K
L3 L2 L1
4、 X射线的辐射（I）－标识谱（分离谱）
1s2 268
（Kev）
K
K线系 L线系
1s
2S 1/2
2s2 2p6 3s2 3p6 3d10
…… 4s 4p5 4d9
1 2
4s2 4p6 4d10
2S
1
O 吸收限
1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
5s2
8.99 （ev）
O1
无电离原子能级
5s
无电离能量＝0
5s2
1S
0
小结(2)－X射线能级的吸收和辐射
1， X射线的吸收谱－叠加在连续吸收背景上的 分离吸收谱。
1901年第一届诺贝
尔物理学奖获得者
伦琴夫人的手掌骨X光照片
X射线的特点：
（1）E，B 不能使其偏转 非带电粒子； （2）穿透性极强，在界面上几乎无折射和反射
非可见、红外、紫外光波。
起名：X 射线！ 现知：X 射线：波长在 0.01－3 nm 间的电磁波 问题：产生X射线的原子内部结构特性？
由外层电子填补内层“空位”产生的分离谱线 和元素 Z 是“一 一对应”的，谱线可以作为元素的标识-标识谱（分离谱）。
4、 X射线的辐射（II）－轫致谱（连续谱）
X射线辐射的实际光谱：
强度
电子填充内层空位
特点：
1、连续背景上的分离辐射谱; 2、存在一个截止波长 min .
已知：“分离”谱－电子填充内层空位
K1 , K2
L （空位填补）
K 线系： K（空位）
K1 , K2
M（空位填补）
N（空位填补）
K1 , K2
莫塞莱定律（实验规律）：K (最长波长）
1 1 R( Z 1) ( 2 2 ) 1 2
2
1
Why? 对比H原子的赖曼线系：Z＝ 1→Z-1
标识谱2－L线系和M线系
3s 3p5 3d9
……
4s2 4p6 4d10
4s 4p5
4d9
1
2S 1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
5s2
81
8.99(ev)
O1
无电离原子能级
5s
无电离能量＝0
5s2
1S
0
标识谱1－K线系
h (X 射线)
K(2) L(8) M(18) N(18) O(2) Ze
1 2 EK，2（射入电子云后电子动能）＝ m e V K , 2 2
忍：刃＋心
1 E＝EK，1－EK，2 ＝ h ， = me [VK2,1 VK2, 2 ] 2h c VK ,2 : 连续变化，＝ ：(连续谱)
当: VK ,2 ＝0， min (截止波长) ＝
2hc meV K2,1
分离吸收谱（吸收限）：产生于重金属原子的电离能级 对电磁波的共振吸收； 连续吸收背景： 产生于重金属对电磁波的非共振 吸收和散射。
2， X射线的辐射谱－叠加在连续辐射背景上的 分离辐射谱。
分离辐射谱（标识谱）：产生于重金属原子中外层电子 对内层空位的填空跃迁；
连续辐射谱（轫致谱）：产生于重金属的电子云对入射 高能电子的强烈减速作用。
4s 4p5 4d9
O 吸收限 原子能级
2S
1/2 2P 1/2 2P 3/2 2D 3/2 2D 5/2 2S 1/2
5s2
8.99(ev)
O1
5s
无电离能量＝0
5s2
1S
0
3、 X射线的吸收-局部和整体
d
E= h Bill 定律
I=I0EXP(-d )
探测器
I0 样品 局部： L吸收系 特点：分离吸收谱 （共振吸收） Lg I
无电离能量＝0
5s2
1S
0
Cd 原子的电离能级 -－－ II、 X射线的吸收
1s2 268
（Kev）
K
K 吸收限 L 吸收限
1s
2S 1/2
2s2 2p6
4.02 3.73 3.54 0.775 0.665 0.621 0.415 0.408
0.112 0.078 0.071 0.014 0.013
h (X 射线)
K(2) L(8) M(18) Ze N（空位填补） M 线系：M（空位） O （空位填补） L 线系： L（空位） N （空位填补） M （空位填补）
N(18)
O(2)
莫塞莱定律（实验规律）：L
1 1 R ( Z 7.4) ( 2 2 ) 2 3
2
1
对比H原子的 线系的共振线：Z＝ 1→（Z-7.4)。可见：