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原子物理课件第1节原子的磁矩

§ 6.1 原子的磁矩
1
在磁场中的原子
1896年，荷兰物理学家塞曼发现：若把光源放在磁场中，则一条谱线就会分裂成几条，这种现象称为塞曼效应。
正常塞曼效应：一条谱线在外磁场作用下，分裂为等间隔的三条谱线。
反常塞曼效应：除正常塞曼效应外的塞曼效应。
如何解释？
正常塞曼效应
反常塞曼效应
2
原子的总磁矩和有效磁矩
（2）J-J 耦合
g
gi
J(J
1)
ji(ji 1) J P(J P 2J(J 1)
1)
gp
J(J
1)
J P(J P 1) 2J(J 1)
ji(ji
1)
gi ji 是最后一个电子的, g p J P是(n-1)个电子集体的。5
pj 作进动。
μ在 pj 方向投影是恒定的，垂直 pj 的分量因旋转，其对外平
均效果为零。所以对外起作用的是μj ，常把它称为电子的总磁矩。
μj μl cos(l , j) μs cos(s , j)
[
pl
cos(l
,
j)
2
ps
cos(s
,
j)]
e 2m
Pj Pl
Ps
由余弦定理，有：
pl2 ps2 p2j 2 ps pj cos(s , j) ps2 pl2 p2j 2 pl pj cos(l , j)
1．单价电子原子的总磁矩轨道磁矩：
Pj Pl
l
e 2m
pl
he
4 m
l(l 1)
l(l 1)BΒιβλιοθήκη Psµs 自旋磁矩：
µl
s
e m
ps
he
2 m

原子物理课件

2. 氢原子光谱实验规律
• 线状光谱
• 五个线系：赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系和
普芳德系等
• •
谱线的波数归结为广义巴尔末公式
氢原子光谱项
T (n)
RH n2
~
RH
(
1 k2
1 n2
)
• 并合原则 ~ T (k) T (n)
学习指导
原子光谱是线状谱？广义巴尔末公式中的正整数代表了原子内部哪些信息？
• 为什么？
一、玻尔基本假设
•巴斯德说：在观察的领域中机遇只偏爱那种有准备的头脑。
•爱因斯坦说：想象力比知识
更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。
• 玻尔(N. H. D. Bohr,1885-1962)
2.玻尔基本假设
定原子中存在一系列不连续的稳定状
态假
态,简称定态。这些定态各与一定的能量E1,E2相对应，在这些定态下，电子虽作加速运动，但不向外
设辐射能量。
频原子从一个能量Ei的定态跃迁到能
率条件
量Ej的定态时，会发出（或吸收）一个光子，这个光子的频率满足下列关系：
h Ei E j
恩格斯说：只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。
圆轨道量子化条件
处于定态时，电子绕核运动的角动量, 必须满足:
h 导
•定态假设回答了原子的哪些问题？（原子稳定性） •频率条件回答了原子的哪些问题？（原子发光）
量子史话
• 1900年普朗克发表了著名的量子假说，但当时很少有人注意他的文章，更不用说理解它了，就连普朗克本人也不喜欢自己的 “量子”。他与很多人一起想把量子纳入经典轨道。可是，爱因斯坦却认真对待这一革命性的观念。他在提出狭义相对论的同年（1905年）明确提出了光量子的概念。无独有偶，爱因斯坦的论文同样不受名人的重视；甚至到了1913年德国最著名的四位物理学家（包括普朗克在内）在一封信中还把爱因斯坦的光量子概念说成是“迷失了方向”。可是，当时年仅28岁的丹麦物理学家N.玻尔却创造性地把量子的概念用到了人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型，连续发表了三篇关于原子结构和光谱的文章，解释近30年的光谱之迷。

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

原子物理学褚圣麟课件

原子物理学的发展也促进了其他学科的发展。例如，在化学、生物学和地球科学等领域，原子物理学的理论和方法被
广泛应用。
原子物理学的研究有助于深入了解物质的基本性质和行为，为解决一些重要的
科学问题提供了重要的思路和方法。
原子物理学的发展历程
• 原子物理学的发展始于19世纪末期，当时科学家开始研究原子的结构和性质。
确和更深入的方法。 • 当前，原子物理学的研究仍然是一个活跃的领域。随着新的理论和实验技术的不断出现，原子物理学的研究将继续取得更多的重要成果和进展。
02
原子的基本结构与性质
原子的粒子结构
原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成。
原子核位于原子的中心，电子围绕原子核运动。
电子的数量决定了元素的种类，而质子和中子的数量决定了同位素的种类。
原子光谱的特征
原子光谱的特征取决于原子的能级结构。不同的原子具有不同的能级结构，因此它们的发射光谱和吸收光谱也各不相同。
原子光谱的应用与实例
原子光谱的应用
原子光谱在多个领域都有应用，如化学分析、天文学、量子力学等领域。通过分析原子光谱，可以确定物质的成分、结构和性质等。
原子光谱的实例
氢原子的发射光谱是最为人们所熟知的原子光谱之一。当氢原子被激发时，它会发射出特定波长的光线，形成氢原子的发射光谱。通过对氢原子的发射光谱进行分析，可以确定氢气的成分和浓度等参数。
原子核的衰变规律可以用半衰期来描述，其数值范围从微秒级到宇宙尺度的亿年。
原子核的裂变与聚变
原子核的裂变是指重核在特定条件下分裂成两个较轻的原子核，同时释放出大量的能量。
原子核的聚变是指轻核在特定条件下结合成质量较大的原子核，同时释放出大量的能量。

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
ｂＡ
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ppt课件

α r
r r
2
r
O
r
α > 0 斥力 α < 0 引力
守恒守恒
V=
α
r r⊥L
x
1 2 α E = mv + 2 r
L
M = r×F = 0
L = r × mv
O
r
mr 2 = L & m 2 2 2 α & & (r + r ) + = E 2 r
& = L mr 2
m 2 L2 α & r + + =E 2 2 2mr r
m = 1 n = 2, 3, 4, K
m = 2 n = 3, 4, 5, K
m = 3 n = 4, 5, 6, K m = 4 n = 5, 6, 7, K m = 5 n = 6, 7, 8, K
原子光谱特点：原子光谱特点：分立线光谱波数可表示为两光谱项之差
§3．玻尔氢原子理论
1．原子行星模型的困难 me
原子物理 Physics）（Atomic Physics）
1．原子结构和玻尔模型 2．单电子原子 3．多电子原子
古代原子学说
B. C. 4世纪 4世纪
Democritus
原子（Atom）组成物质的最小单元，原子（Atom）组成物质的最小单元，永恒不变机械原子学说 17世纪 17世纪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，遵守力学定律原子的运动是机械位移，困难：不能解释光、困难：不能解释光、电、热等物理现象和燃烧等化学过程 Newton
cot
θ
2
= tan r →∞
cot

《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

原子物理PPT教学课件

原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力.
3.原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是10-10m，原子核的大小数量级在 10-15～10-14m之间.
二、玻尔的量子化模型
1.卢瑟福核式结构与经典电磁理论的矛盾：
（1）经典电磁理论对原子核式结构的解释中认为，原子是不稳定的，电子绕核旋转，并不断向外辐射电磁波，因此电子的能量不断衰减，最终电子陨落到原子核上；事实上原子是稳定的.
Na=(232-208)/4=6;
再结合电荷数的变化确定β衰变的次数：
N= (90 2 6) 82 4 4
【解题回顾】解决核反应方程类问题时，一定要抓住核反应中质量数和电荷数守恒这个规律，本例还要注意β衰变的特点— —质量数不变.
【例2】将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒S里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板A、B之间的中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图1７-2-1所示，则轨迹是射线，轨迹是射线，轨迹是射线. 板带正电，板带负电.
图1７-2-1
【解析】由于射线不带电，进入电场后不会改变方向，所以轨迹② 为射线.
带电粒子垂直进入匀强电场，则在匀强电场中做类平抛运动，
竖直方向的位移为s=v0t,设两板间的距离为d，则1/2D=1/2at2， a=8E/m=qU/dm,则
s= dv0
m qU
，
由此式可知s与粒子进入电场的初速度v0成正比，与粒子的荷质比q/m的平方根成反比.射线速度约为射线的1/10，而粒子的荷质比比粒子的荷质比要小的多，所以粒子的竖直方向位移要大，所以③是射线的轨迹，①是射线的轨迹.
练习
1.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构( ) A.粒子的散射实验 B.天然放射现象 C.阴极射线的发现 D.伦琴射线的发现

原子物理课件杨福家

Nankai University, CY LI 2014-3-15 2
Chapter 1, Atomic Physics
Relative atomic masses
A relative mass called atomic mass unit (u) is used
to mark the mass of atoms. The unit of atomic mass is based on the carbon atom, that is, the mass of carbon-12 is equal to 12.00000u. Or: 1u=1/12 of the mass of a neutral carbon atom with nuclear charge 6 and mass number 12. 1u is approximately equal to the mass of a hydrogen atom. M(H)=1.0079u
Chapter 1, Atomic Physics
Ch1 Atomic structure
What is an atom?
What is inside an atom? How big is an atom? Charges within the atom Thomson’s model Rutherford scattering
material radium, pass through a collimator (瞄准仪) and strike a thin metal foil. Passed particles will make the zinc sulfide screen flash when striking it. The entire apparatus is placed in a vacuum chamber.

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
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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

原子物理课件第一章

2.5 1015 Hz
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 ( )

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