原子物理学教程

原子质量单位 u 定义为( 1961年国际原子量委员会规定) ：
一个处于基态的中性
12 6
C 原子质量 1/12
1u 1.660 540 2(10) 10 - 27 kg 931.494 028 23 M eV / c 2
m p 1.007 276 470u
m n 1.008 644 904u
符号
E P T G M k
Leabharlann Baidu中文
艾克 拍它 太拉 给咖 兆 千
数值
10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3
词头
attofemtopiconanomicromili-
符号
a f p n m
中文
阿(托) 飞(母托) 皮(叩) 纳(诺) 微 毫
物理常量：
1eV 1.6 10 -19 J
主要内容
绪论(~6学时) 卢瑟福－玻尔原子理论(~8学时)
量子力学初步(~6学时)
单电子原子(~10学时) 多电子原子(~8学时) 磁场中的原子(~4学时) 分子(~2学时) 原子核(~4学时)
课程特点
注意微观与宏观的区别：原子物理是关于微观结构的一门 学科，对于微观体系不能都按照宏观规律描述。微观现象 需由量子理论来描述，宏观现象是由经典理论描述的，而 经典理论只是量子理论的近似。 原子物理课主要介绍的是半经典的量子理论，反映了近代 物理的发展，从中可以体会到物理学发展的规律，在学到 具体知识的同时，领会科学研究的方法和思想。实际上量 子力学就是解决原子能级和光谱中发展起来的。 善于利用物理直觉和物理图像去理解和分析物理问题。
长度（m，米） 质量（kg，千克） 时间（s，秒） 电流（A，安培） 热力学温度（K，开尔文） 物质的量（mol，摩尔） 发光强度（cd，坎德拉）
单位量级倍数的表示：
数值
1018 1015 1012 109 106 103
词头
exapetateragigamegakilo-
原子物理学
高
宏
西安交大理学院
教 材： 《近代物理学》 主要参考书： ● 《原子物理学》 ● 《原子物理学》 杨福家 著 褚圣麟 编 高等教育出版社 高等教育出版社 王永昌 编 高等教育出版社
● 《原子物理学》 陈宏芳 编 C. J. Font ● Atomic Physics ● 《原子物理学教程》 黄永义编
1
1
3
(2) 从气体分子运动论可以估计原子的大小
3
对于单原子气体分子，实验测得 n 和 ，算得的r 就是原子半径。 (3) 从范德瓦尔斯方程测定原子的大小 4 d 2 a b 4 N ( ) ( P 2 )(V - b ) RT A 3 2 V V 是分子体积，b=4V，实验测得 b ，就可算得分子的半径, 其与原子半径数量级相同。
科学出版社 Oxford Univ.
待出版
教学活动
●
作业 — 课后习题挨个做，每周交一次作业。
答疑 — (暂定) 星期五 高宏 上午 10:00~12:00 中 1-3133
●
Email: honggao@mail.xjtu.edu.cn
● ●
考试成绩： 作业10% + 出勤、课堂10% + 期末考试80% 课时：48 学分：3
12 / N A g 12u 1 g N Au
又法拉第常数 热学中曾学习过
N A 6.023 ×10 /mol
23
g 是宏观单位，u 是微观单位。
F eN A R kNA
F R
e
k
NA是物理学中一个很重要的常量，是联系微观物理学和宏观物 理学的纽带，从宏观量的测定导出微观量时起着桥梁作用。 NA的巨大正说明了微观世界是多么的细小!
原子的质量数(原子量A)：将其他原子的质量同u 相比较，所 得的数值
m A Au
如：质量最轻的氢原子：
1.673×10-27 kg
~1u
12u 1~ 200u
含量最丰富的原子12C： 1.994×10-26 kg 原子质量的数量级：10-27 kg —— 10-25 kg
2. 阿伏伽德罗常量 Avogadro constant 是联系宏观与微观的一个物理量。 每个12 原子的质量，若以克(g)为单位，可表示为 6C
3. 原子的大小 ～10-10m (1) 从 晶 体 中 原 子 按 一 定 的 规 律 排 列 估 计 原 子 的 大 小 0.14~0.19nm
4 3 A V πr N A 3
1 4 2 nπr 2
r (3 A / 4 π N A ) r (1 / 4 2 n π )
2
k B 1.380 6504 24 10－23 J/K( k BT ~ E ) 8.617 10 -5 eV/K 1eV ~ 11600 K
e / 4 0 1.440 eV nm 1.440 M eV fm
原子的大小和质量： 1. 原子的质量
Li 0.16；Al 0.16; Cu 0.14; S 0.18; Pb 0.19，单位nm
发展简史
朴素的古代原子论 古希腊
“一尺之棰，日取其半，万世不竭”?
留基伯(Leucippcus)和德谟克利特(Democritus，约公元前460 年-370年)认为： 物质都是由一些坚硬地、不可再分的微粒构成的，命名为 atom，即“原子”。 差不多在同时代，亚里士多德(Aristotle)、阿那萨古腊 (Anaxagoras)等人却反对物质的原子观。 亚里士多德(Aristoteles，约公元前384年-322年)认为： 物质是连续的，可以无限止地分割下去。 这一观点在中世纪时占优势。但16世纪之后，随着实验技 术的发展，物质的原子观又为人们所接受。 如G Galilei, R Descartes, R Boyle, I Newton都支持。
第一章 绪 论
物质的微观结构层次
原子物理学作为物理学的一个分支，是关于物质微观结 构的一门学科，主要研究原子的结构、光谱，还包括原子核 的一些知识。
原子是物质结 构的一个层 次——介于分 子和原子核两 层次之间。 各层次的相互 作用类型。
基本粒子 原子核 原子
E-09 E-15 E-12
哈勃半径 超星系团
E+27 E+24
星系团
E+21 E+18 E+15
0.1~100n m纳米材 料
银河系 最近恒 星的距离
最小 的细胞 DNA长度
E-06 E-03 1m E+03 E+09 E+06
E+12
太阳系
人
太阳
山
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
单位和物理常量
国际单位制(SI)和7个基本单位：