原子物理学(绪论)

原子物理学
班级：09应用物理学 主讲：彭金松
原子物理学 一、原子物理学
绪 论
物理学是研究物质运动的最一般规律和物质基本结构的科学。
分子 电子 夸克 质子 物质 或原子 ...... 原子核 中子 夸克 ......
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3、原子物理学与现代生产有广泛而密切的联系 、
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四、学习上应注意的几点 原子物理学是研究微观体系的物理过程的， 原子物理学是研究微观体系的物理过程的，这里有 一些概念与原理是以前的学习中没有的， 一些概念与原理是以前的学习中没有的，为了能很好地 接受初次遇到的概念， 接受初次遇到的概念，正确地理解这门学科中的一些原 减少不必要的困难， 理，减少不必要的困难，我们特别提出下列应注意的几 点：
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1、实践是检验真理的标准 、 2、科学是逐步地不断地发展的 、 3、对微观体系不能要求都按宏观规律来描述 、 必须说明， 原子物理学中并未完全否定经典规律 ， 必须说明 ， 原子物理学中并未完全否定经典规律， 不少经典规律仍在微观物理中有用。至于何者可用， 不少经典规律仍在微观物理中有用 。 至于何者可用 ， 何 处可用，或不可用，还是决定于实践的检验。 处可用，或不可用，还是决定于实践的检验。
The components of atoms
原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支 学科。主要研究：①原子的电子结构。②原子的能级结构和光谱规律。 ③原子之间或原子与其他物质的碰撞和相互作用。
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二、原子物理学的发展概述
“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的”。 古代：认为物质是由不可分割的“原子”构成。 十九世纪八十年代，建立了三大理论体系：力学、热学和电动力学后， 认为物理学就没有什么发展了，可事实与此相反。
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2、原子物理学与其它学科有着密切联系 、 原子结构的知识是化学与物理学共同的贡献； 原子结构的知识是化学与物理学共同的贡献； 现代天文学中的天体物理学大部分是通过天体所发光 谱进行分析研究的， 谱进行分析研究的，而光谱的理论是原子物理学中的重 要内容； 要内容； 晶体的结构和性质的研究需要原子结构的知识， 晶体的结构和性质的研究需要原子结构的知识，这就 使得原子物理学与矿物学、冶金学等有密切联系； 使得原子物理学与矿物学、冶金学等有密切联系； 生物科学中引用原子物理学中的原理与技术； 生物科学中引用原子物理学中的原理与技术； 原子物理学还与其他基础科学和应用科学有多方面的 联系。 联系。
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5、光谱资料 、
1885年巴耳末发现氢光谱线系的规律； 年巴耳末发现氢光谱线系的规律； 年巴耳末发现氢光谱线系的规律 1887年赫兹发现光电效应； 年赫兹发现光电效应； 年赫兹发现光电效应 1895年伦琴发现 射线； 年伦琴发现X射线 年伦琴发现 射线； 1896年贝克勒耳发现放射性； 年贝克勒耳发现放射性； 年贝克勒耳发现放射性 1897年汤姆逊证明电子的存在； 年汤姆逊证明电子的存在； 年汤姆逊证明电子的存在 1900年普朗克把多人关于黑体辐射的研究结果进一步 年普朗克把多人关于黑体辐射的研究结果进一步 研究以后，提出了量子论； 研究以后，提出了量子论； 1911年卢瑟福证实了原子的核式结构； 年卢瑟福证实了原子的核式结构； 年卢瑟福证实了原子的核式结构 1913年玻尔发表了一些关于原子结构的理论，后称玻 年玻尔发表了一些关于原子结构的理论， 年玻尔发表了一些关于原子结构的理论 尔理论； 尔理论；
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三、原子物理学的地位和作用
1、原子物理学使人们对物质世界有了更深入的而且比较 、 统一的认识 原子物理学研究物质的微观结构，这是更深入更基 原子物理学研究物质的微观结构， 本的物理问题。 本的物理问题。 原子物理学不但对许多已知的宏观现象作了解释， 原子物理学不但对许多已知的宏观现象作了解释，而 且发展了新的知识， 且发展了新的知识，从而使人们对物质世界有了更深入 的而且比较统一的认识。它的发展不只涉及物理学的某 的而且比较统一的认识。 些部分，而是影响到物理学的全部领域。 些部分，而是影响到物理学的全部领域。
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1925年建立起了量子力学，这对物理学的进一步发展 年建立起了量子力学， 年建立起了量子力学 起了巨大的作用。 起了巨大的作用。 原子物理学的发展， 原子物理学的发展，使人们对物质结构的认识大大深 化，物理学中许多宏观现象和规律的本质得到了清晰的 解释。 解释。 原子物理学的发展过程是人们的认识由宏观世界进入 微观世界的过程， 微观世界的过程，也是人们的思想观念和思维方法不断 变革的过程。 变革的过程。 原子物理学是一门正在发展中的学科， 原子物理学是一门正在发展中的学科，微观世界中科 学实验有许多的“ 等待着人们去揭开。 学实验有许多的“迷”等待着人们去揭开。
原子物理学 4、原子结构发展史 、
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前400年，希腊哲学家德谟克列特提出原子的概念。 年 希腊哲学家德谟克列特提出原子的概念。 1803年，英国物理学家约翰·道尔顿提出原子說。 年 英国物理学家约翰 道尔顿提出原子說 道尔顿提出原子說。 1833年，英国物理学家法拉第提出法拉第电解定律， 年 英国物理学家法拉第提出法拉第电解定律， 表明原子带电，且电可能以不连续的粒子存在。 表明原子带电，且电可能以不连续的粒子存在。 1874年，司通內建议电解过程被交换的粒子叫做电子。 年 司通內建议电解过程被交换的粒子叫做电子。 1879年，克魯克斯从放电管(高电压低气压的真空管 年 克魯克斯从放电管 高电压低气压的真空管 高电压低气压的真空管) 中发現阴极射线。 中发現阴极射线。 1886年，哥德斯坦从放电管中发現阳极射线。 年 哥德斯坦从放电管中发現阳极射线。
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3、原子物理学的新阶段 、
20世纪 年代末期，由于空间技术、空间物理和核 世纪50年代末期 由于空间技术、 世纪 年代末期， 试验的发展， 试验的发展，不仅要求精确测定原子光谱的波长 、研究 跃迁几率、 原子的能级 ， 而且对于谱线强度 、跃迁几率、碰撞截 面等也要求提供准确的数据， 面等也要求提供准确的数据，因此要求对原子物理进行 新的实验和理论探索。 新的实验和理论探索。
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1913年，英国物理学家莫塞莱分析了元素的X射线标 年 英国物理学家莫塞莱分析了元素的 射线标 识谱，建立原子序数的概念。 识谱，建立原子序数的概念。 1913年，汤姆逊之质谱仪测质量数，并发现同位素。 年 汤姆逊之质谱仪测质量数，并发现同位素。 1919年，拉塞褔发现质子。其利用 粒子撞击氮原子 年 拉塞褔发现质子。其利用α粒子撞击氮原子 核并发现质子，接着又用α粒子撞击棚 核并发现质子，接着又用 粒子撞击棚 (B) 、氟 (F) 、鋁 (A1) 、磷 (P) 核等也都能产生质子 故推论质子为元素之 核等也都能产生质子,故推论质子为元素之 原子核共有成分。 原子核共有成分。 1932年，英国物理学家查德威克利用 粒子撞击铍原 年 英国物理学家查德威克利用α粒子撞击铍原 子核，发现了中子。 子核，发现了中子。 1935年，日本物理学家汤川秀树建立了介子理论。 年
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1、原子结构模型的建立 1897年J.J.汤姆逊发现电子，论证电子普遍存在，并 确认它是各种原子的共同组成部分之后，对于在中性的原 子内，正电荷和电子质量以及电子是如何分布的，成为摆 在物理学家面前的首要问题。1904年汤姆逊提出原子的正 电荷和质量均匀分布于原子体内、电子镶嵌在体内的“葡 萄干圆面包模型”。1911年E.卢瑟福分析α粒子散射实验 与汤姆逊原子模型的明显歧离，提出原子的有核模型，原 子的正电荷和质量分布在中心很小的核内。
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2、原子物理学和量子力学 、 1913年N.玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上，结 年 玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上， 玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上 合原子光谱的经验规律，应用M.普朗克 普朗克、 爱因斯坦的 合原子光谱的经验规律，应用 普朗克、A.爱因斯坦的 量子概念，提出原子结构的新假设， 量子概念，提出原子结构的新假设，建立玻尔氢原子理 成功地解决了原子的稳定性问题， 论，成功地解决了原子的稳定性问题，并说明了原子光 谱的规律性
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1897年，英国物理学家汤姆逊证实阴极射线即阴极材 年 料上释放出的高速电子流,并测量出电子的荷质比 并测量出电子的荷质比。 料上释放出的高速电子流 并测量出电子的荷质比。 e/m=1.7588×108 库仑 克。 库仑/克 × 1909年，美国物理学家密立根的油滴实验测出电子之 年 带电量,并強化了电子是粒子的概念 并強化了电子是粒子的概念。 带电量 并強化了电子是粒子的概念。 1911年，英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验，发 年 英国物理学家卢瑟福的 粒子散射实验 粒子散射实验， 現原子有核，且原子核帶正电、质量极大、体积很小。 現原子有核，且原子核帶正电、质量极大、体积很小。 其利用(粒子 即氦核)来撞击金箔 发现大部分(99.9％)粒 粒子(即氦核 来撞击金箔， 其利用 粒子 即氦核 来撞击金箔，发现大部分 ％粒 子直穿金箔，其中少数成大角度偏折， 子直穿金箔，其中少数成大角度偏折，甚至极少数被反 向折回（十万分之一）。 向折回（十万分之一）。