原子物理学谱
原子物理学课件第4-5章 共51页PPT资料
ndp
一辅系
所有d能级都是双层，间隔随n的增加而减小
结论：
4 3
d
1）碱金属的s能级是单
2
层，其余能级为双层
p
2）同一L值，双层能级 间隔随n的增大而减小
3）同一n值，L值越大，
4
双层能级间隔越小
第三节 电子的自旋 一、电子的自旋假设（1925年 乌楞贝克）
假设根据之一：史特恩—盖拉赫实验
A 基 g l 0 :态 p lll 1 0
Pl
s
Z*e
Z*ePl m
Pj
Ps
j l
1 r3
4 Z *e 0m 12r1 3 cll 1 (0 01 c)
( 3) cP cE oj2 olss j :P lm e P 2 l2 P sP s2B s4 P P 2lls1 2 Pcs0 2 P oPm Z lj2P * ss2 ec cP llo * 2Pj2 s2sl 2 **2sP P *ll2 P js *2P Ps2 lθrs1 3PjjPls
8 2h2
1 n2
E0
(z* 1)
0
有极化,贯穿
En
Z *2 n2
me4
8 2h2
n
E0
/ z *2
E0 n *2
0
Z*1 n*n
令n*n-l s p d f g h
Enl
E0 n l
结论 贯穿极化使总能量下降。
2
❖ E与n、l 有关.
E关于 l 的简并解除，
不同 轨道, E不同。
第四章 碱金属原子
§1 碱金属的光谱实验规律
碱 金 属 :L i,N a ,K ,R b ,C s,F r
原子物理学氢原子光谱
1 n22
令 R 1 m(c)2 1 , 代入数值，解得
2
hc
R 1.0973731107米1
称为里德伯常数。
能谱：
En
2 2me4Z 2 (40 )2 n2h2
n 1 E1 13.6 eV r1 a0 基态（ground state）
n 2 激发态（excited state）
Ze2 r
*
E
Ek
Ep
1
4 0
Ze2 2r
光谱分立性困难
电子绕核运动频率 v e
2πr 2π
1
4π 0 me r 3
电磁波频率等于电子回转频率，发射光谱为连续谱。
2．玻尔模型（1913年） 背景：能量子和光子假设、核式模型、原子线光谱
(1) 定态（stationary state）假设 电子只能在一系列分立的轨道上绕核运动，且不辐射电 磁波，能量稳定。
附 下面是美国物理学家尤雷观察到的含有 氢。氘两种物质的混合体的光谱系双线，以 及测量出的双线间的波长差。
按照波尔理论： ～ vH
RH
1 m2
1 n2
,
～
vD
RD
1 m2
1 n2
因为 RD>RH ，所以对于同一谱线，
～～
vD vH 即 D H
对于同一条谱线，我们可以得到下面的关系式
e2 Ze2
rn
n2 Z
a1
vn
Zc
n
n 1, 2, 3,
原子物理学第八、九章
2018/11/27
39
三、原子核的质量 mN
原子核的质量≈原子的质量-核外电子的质量
mN M A zme 1 12 1u C原子质量 1.66 1024 克 12
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40
931.5Mev 1u c2
E mc2
原子质量=原子量*原子质量单位 质量数A：原子质量以u为单位时，其值却接近一个整 数，称为质量数
原理：利用X射线在晶体的衍射可以测定它的波长 从任何一晶面上，那些出射方向对平面的倾角与入射线 的倾角相等的X射线，满足布拉格公式：
2d sin n
n 1,2,3
出射线就会加强。
A
d
B
晶体可形成许多不同取向的晶面。在θ 方向衍射的 X光将得到加强，出现了劳厄光斑。 用布喇格公式可以计算晶面距，反之，若已知d，还可以确 定X射线的波长。
、
同位素：Z相同，A不同的元素 同量异位素：A相同，Z不同的元素 同质异能素：同一种原子核处在不同的能量状态
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41
四、原子核的大小
实验表明，核半径
R r0 A
1 3
r0 1.20 1015 m 1.20 fm
体积
密度
4 V r03 A 3
MN 常数 1017 千克 / 米3 V
25
四、和碱金属原子光谱比较
因为满壳层失去一个电子的原子态和一个价电子的碱金 属原子态相同。所以，X射线标识谱和碱金属原子的光谱和 能级有相似的结构。 能级→双层 光谱→双线或更多
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26
第四节
原子物理中的氢原子的能级和谱线
原子物理中的氢原子的能级和谱线氢原子是原子物理学中最简单的原子系统之一，它的能级结构和谱线特性是深入研究的重要内容。
在本文中，我们将详细探讨氢原子的能级和谱线。
一、氢原子的能级结构氢原子的能级由其电子围绕原子核运动的方式和距离决定。
根据量子力学理论，氢原子的能级可以用以下公式表示：E_n = - \frac{13.6 \text{eV}}{n^2}其中，E_n表示第n能级的能量，单位为电子伏特（eV），n为主量子数，取正整数值。
从该公式可以看出，氢原子的能级是离散的，且能级间的能量差随着能级增加而缩小。
氢原子的基态对应n=1，其能量为-13.6eV。
当电子从较高能级跃迁到低能级时，会释放出相应的能量，形成谱线。
二、氢原子的谱线特性氢原子的谱线可以通过电子的跃迁产生，主要分为系列谱线和单线系列两类。
其中，系列谱线包括巴尔末系列、帕邢系列、布鲁亚系列等，而单线系列只有一条谱线。
巴尔末系列：当电子从n≥3的能级跃迁到n=2的能级时，会发出可见光的谱线。
巴尔末系列中最长波长的谱线为n=3到n=2的跃迁，对应的波长为656纳米，属于红光谱线。
帕邢系列：当电子从n≥4的能级跃迁到n=3的能级时，会产生可见光的谱线。
帕邢系列中最长波长的谱线为n=4到n=3的跃迁，对应的波长为1875纳米，属于红外线谱线。
布鲁亚系列：当电子从n≥5的能级跃迁到n=4的能级时，会发出可见光的谱线。
布鲁亚系列中最长波长的谱线为n=5到n=4的跃迁，对应的波长为4056纳米，属于红外线谱线。
单线系列：当电子从n≥∞的能级跃迁到n=2的能级时，会产生一条波长为121.6纳米的紫外线谱线，称为Lyman系列谱线。
总结起来，氢原子的能级和谱线特性是由电子的跃迁行为决定的。
通过研究氢原子的能级结构和谱线特性，我们可以深入理解原子物理学的基本原理，并应用于相关领域的研究和实际应用中。
本文对氢原子的能级和谱线做了简要介绍，希望对读者有所帮助。
通过深入学习和研究，我们可以进一步探索氢原子及其他原子系统的能级结构和谱线特性，为科学研究和技术发展做出更大的贡献。
原子物理学——碱金属原子的光谱
§4.1 碱金属原子的光谱一、碱金属原子的光谱各个碱金属原子的光谱具有相似的结构，光谱线也类似于氢原子光谱，可分成几个线系，一般观察到的有四个线系，分别称为主线系、第一辅线系(或称漫线系、第二辅线系(或称锐线系)和柏格曼系(基线系)。
（1）主线系（the principal series ）：谱线最亮，波长的分布范围最广，第一呈红色，其余均在紫外。
（2）第一辅线系（漫线系the diffuse series ）：在可见部分，其谱线较宽，边缘有些模糊而不清晰，故又称漫线系。
（3）第二辅线系（锐线系the sharp series ）：第一条在红外，其余均在可见区，其谱线较宽，边缘清晰，故又称锐线系。
锐线系和漫线系的系限相同，所以均称为辅线系。
（4）柏格曼系（基线系the fundamental series ）：波长较长，在远红外区，它的光谱项与氢的光谱项相差很小，又称基线系。
二、线系公式H 原子光谱：)11()()(~22n m R n T m T -=-=ν当∞→n 时，2)(~~m R m T ==→∞νν⇒系限。
里德伯研究发现，与氢光谱类似，碱金属原子的光谱线的波数也可以表示为二项之差：)*1*1(~22**n m R T T n m -=-=ν **m n > ⇒碱金属原子的里德伯公式 *n 、*m ：有效量子数。
当∞→n 时，*~~m T =→∞νν⇒系限。
1．有效量子数H 原子：主量子数n 是整数碱金属原子：*n 、*m 不是整数⇒有效量子数2．量子数亏损*n 、*m 和整数之间有一个差值，用l ∆表示，*n n l -=∆ ⇒量子数亏损 l ∆与n 无关，与l 有关，→l 大，→∆l 小，=l 0、1、2、3……⇒ f d p s ,,,3．光谱项2**n R T n =⇔2)(nR n T =，*n ⇔n l n T n n T R n T T l n m ∆−−−→−−−−→−−−−→−-=∆=-=**~*~**νν151009729.1-⨯=cm R Li4．电子状态符号电子状态用量子数n 、l 、l m 描述对一定的n ，l =0、1、2……n -1，共n 个值。
原子物理学(第四版)[1].ppt
![原子物理学(第四版)[1].ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/79dc2eed0975f46527d3e14e.png)
c
3 108 8.2 1014
3.66 102(nm)
2-2（1） 类氢原子He+(Z=2); Li++(Z=3)的 r、v
（2）He+(Z=2)、 Li++(Z=3) 在基态(nb=1)的结合能：
（3）从基态到第一激发态的激发能：
E
E2
E1
13.6(1
1 22
)Z
2 (eV)
即电离氦原子中第二个电子须提供能量为：54.4 eV 所以电离氦原子中第二个电子须提供能量为：
24.5 eV +54.4 eV=78.9 eV
5-2.
5-4.
5-7. （1）
量子态
序号 （ml ,ms）1（ml ,ms）2 （ml ,ms）（1 ml ,ms）2
1 （1，+） （1，+） 12；13；14；15；16 2 （1，- ） （1，- ） 23；24；25；26 3 （0，+） （0，+） 34；35；36 4 （0，- ） （0，- ） 45；46 5 （-1，+） （-1，+） 56 6 （-1，- ） （-1，- ）
2
（2）
经典：
a2 12
3-12 （1） 氢原子1S态波函数：
r –r+dr的几率:
电荷密度： 电荷密度取极大值条件：
（2） 氢原子2P态波函数：
3-13 氢原子基态波函数：
z 电子
θ
r
原子核
Байду номын сангаас
j
y
x
4-1
4-2 2D3/2 : l=2; j=3/2; 2s+1=2,S=1/2
原子物理学
原子物理学原子和原子核佚名【电子】就是一种最轻的带电粒子。
它也就是最早被人们辨认出的基本粒子。
拎负电，电量为，1.602189×10-19库仑。
就是电量的最轻单元。
质量为9.10953×10-28克。
常用符号e则表示。
电子在原子中，紧紧围绕于原子核外，其数目与核内的质子数成正比，亦等同于原子序数。
导线中电流的产生即为就是电子流颤抖的结果。
一安培的电流相等于每秒通过6.24×1018个电子。
利用电场和磁场，能够按照人们的建议掌控电子的运动（特别是在真空中），从而生产出来各种电子仪器和元件，例如各种电子管，电子显像管、正电子的质量和电子相等，它的电量的数值和电子相等而符号相反，即带正电。
一个电子和一个正电子相遇会发生湮没而转化为一对光子，即一对正负电子，常称作正负电子对（电子偶）。
能量少于1.02mev（兆电子伏特）的光子沿着铅板时，可以产生电子一正电子对，这个反应则表示为电子的运动质量m与静止质量m0的关系为这里v就是电子运动速度，c就是光速，这就是相对论的公式。
【原子】组成单质和化合物分子的最小粒子。
不同元素的原子具有不同的平均质量和原子结构。
原子是由带正电的原子核和围绕核运动的、与核电荷核数相等的电子所组成。
原子的质量几乎全部集中在原子核上。
在物理化学反应中，原子核不发生变化。
只有在核反应中原子核才发生变化。
【汤姆逊的原子核模型】汤姆逊的原子核模型就是最早明确提出的原子核模型，他指出：形成原子的正电荷就是均匀分布于球状原子内，原子大小乃是此正电荷球之大小，电子则埋于此正电荷中，当电子受外界鞭策时，它即以平衡位置为中心并作振动而升空光。
当a粒子沿着此原子时，a粒子将受反射，因电子质量很小，这项散射之主要原因是正电荷之斥力作用。
由电磁理论预示加速的带电物体如振动的电子等会发射电磁辐射，故根据汤姆生模型，便可了解受激原子会发射电磁辐射的性质。
在实际计算其可能发射的辐射能谱，即发现此模型所导致的结果，与实验观察到的能谱在数值上并不相符。
原子物理学课件11
•
p: l2 ＝1; s2 ＝1/2；J2 ＝3/2, 1/2
• 对： J2 ＝3/2，
J = 2, 1
•能级标记: (1/2, 3/2)2, 1=(1/2, 3/2)2，(1/2, 3/2)1
•对：
J2 ＝1/2，
J = 1, 0
•能级标记: (1/2, 1/2)1, 0 =(1/2, 1/2)1，(1/2, 1/2)0
• 1s2s电子组态耦合得到：
•“有进无出”：（长寿命态）。
•重要应用：He－Ne激光器 •1s2s： （20.55 ev） Ne (2p55s) ; •1s2s： （19.77 ev） Ne (2p54•
•4.2.2
• （1）JJ耦合规则
两个价电子角动量的JJ耦合
•
•（6） JJ耦合的适用条件
•
存在三种耦合方式：JJ，LS，JS（交叉）
• 三组能量：ELS，E JJ，EJS中，取能量大的耦合方式。 •一般地，重元素用JJ耦合；轻元素用LS耦合；JS耦合较少采用。
•
4.3 三个或三个以上电子的耦合
• 4.3.1 非同科电子的耦合
• 规则：先做靠近内层的两个电子的耦合，耦合后的结果
•
再和第三个电子做耦合。
• 以 spp 的 LS 耦合为例：
• 第一步，sp
•
第一个电子s： l1 =0 ； s1=1/2
•
第二个电子p： l2 =1 ； s2=1/2
•
L1 =1 ； S1= 0, 1
１Ｐ１ （ S1 = 0, L1 = 1, ３Ｐ2,1.0 （ S1 = 1, L1 = 1,
J1= 1）; J1= 2, 1, 0 ）
• 1p2p：
•
原子物理学10
大亚湾反应堆中微子实验在深圳大亚湾核电基地破土动 工。该实验将研究组成宇宙的一类重要的基本粒子—— 中微子的基本性质，对于人们了解物质微观的基本结构 和宏观宇宙的起源与演化具有重要意义。建设在大亚湾 核电基地后山上的实验室隧道开始施工，该工程将向大 山岩体中掘进3公里，以建设观测点和实验室。
A. 5倍 C. 15倍
B. 10倍 D. 20倍
例题2：在人体血液中注入微量溶液，溶液中24Na 的放射性活度是I0=2.0×103 s-1,经过5小时后取出 1cm3的血液，其放射性是I=16min-1，试求人体血 液的体积。（已知, 24Na的半衰期T=15小时， e-0.693/3=0.792）（中科院高能所考研题）
第十章 原子核物理
历史回顾
1896年，贝克勒尔发现放射性； 1897年，居里夫妇发现放射性元素钋和镭； 1899-1900年，卢瑟福发现α、β、γ射线； 1911年，卢瑟福提出原子的核式模型； 1919年，卢瑟福首次实现人工反应； 1932年，查德威克发现中子； 1934年，约里奥•居里夫妇发现人工放射性； 1939年，哈恩等人发现重核裂变； 1945年，奥本海默等人研制出的原子弹； 1952年，泰勒等人研制出的氢弹；
4. 原子核的大小
原子核的半径： R r0A1/3
r0 1.20 10 15 m
原子核的密度：
M V
3 4r03 N 0
1014 g / cm3
i. 各种原子核的密度是相同的。 ii. 原子核是物质紧密集中之处。
5. 原子核的角动量
原子核的总角动量是构成原子核的质子和中子 的轨道角动量和自旋角动量的矢量和
and
16 8
O,187
O,188
O
原子物理学：原子结构能级与光谱
原子物理学：原子结构能级与光谱在原子物理学中，研究原子结构能级与光谱是非常重要的领域。
了解原子结构能级与光谱可以帮助我们深入理解原子的组成和性质，同时也对研究光和电磁波的性质具有重要的意义。
本文将从基础概念出发，介绍原子的结构能级和光谱的基本原理，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、原子的结构能级1. 原子的组成根据量子力学的理论，原子由质子、中子和电子组成。
质子和中子位于原子核中，而电子则绕核运动。
每个原子的电子都具有一定的能量，这些能量由原子结构能级来描述。
2. 薛定谔方程与原子结构能级薛定谔方程是描述原子系统的基本方程。
根据薛定谔方程，原子的电子在原子核的引力和电子之间的相互作用力的影响下，存在不同的能量状态，即能级。
这些能级可以通过数值求解薛定谔方程得到。
3. 能级分布与填充原则原子的能级分布遵循填充原则。
根据泡利不相容原理，每个能级最多只能容纳一对电子，并且电子首先填充能量最低的能级。
这个原理对于解释化学元素周期表的特征和电子构型非常重要。
二、原子光谱的基本原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波长和频率的特性。
通过电磁波的干涉、衍射和吸收等现象，我们可以研究物质的结构和性质。
原子光谱正是基于这些原理而建立起来的。
2. 原子光谱原子光谱是指在特定的条件下，当原子受到外界激发或经过能级变化后，所发射或吸收的特定波长和频率的光线。
原子光谱实验通常包括吸收光谱和发射光谱。
3. 原子结构与光谱的关系原子的能级结构直接决定了原子光谱的特征。
当原子处于低能量态时，吸收特定波长的光谱；当原子受到能量激发时，会发射特定波长的光谱。
因此，通过观察原子光谱可以得到有关原子能级分布和电子能级跃迁的重要信息。
三、原子结构与光谱的应用1. 原子吸收光谱的应用原子吸收光谱在化学分析和环境监测等领域中具有广泛的应用。
通过测定特定波长光线的吸收程度，可以快速准确地确定样品中某种元素的浓度。
这在环境检测、食品安全和医学诊断等方面具有重要意义。
原子物理学_课件PPT课件
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
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
原子物理学第二章氢原子光谱(1)
e
2
由于轨道半径 r 是量子化，所以相应的能 量也必然是量子化的
2 me Z Ze 2 En 40 2rn (4 ) 2 n 2 h 2
2 4 2
1
0
4.氢原子的能级和光谱 由波尔假设的频率条件我们可以可到 mZ 2 1 2 1 ' hv En En 2 ( c) n 2 n2 , 1 2
7
1
电子轨道
赖曼系 巴耳末系 帕邢系
n 3
2
n
1
2
3
4
1
拍摄氢光谱；铁光谱
电子在原子核的库仑场中运动，所以电子 的能量由动能 E k 和势能 E 两部分组成 p
若定义离原子核无穷远处为势能零点，即 E p () 0, 那么离原子核的距离为r 的电子的势能为 1 Ze2 Ep 4 0 r 所以电子的总能量 1 Ze 2 E Ek E p 40 2r
H H H
H
H
§4．类氢离子的光谱
核外只有一个电子的离子 原子序数 Z
化学价 Z 1
毕克林系
He+，Li2+，Be3+，B4+，…
1．毕克林线系 1897年 Pickering从星光中发现类巴尔末系 Rydberg公式
1 1 R 2 2 2 n n 5 2, 3, 7 2, 4,
mZ 2 1 2 1 即 v ( c) 2 2 2hc n1 n2
～
1
1 1 2 , 代入数值，解得 令 R m( c) 2 hc
R 1.097373110 米
7
1
称为里德伯常数。
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原子物理学年谱原子物理学大事年表公元前384～322年古希腊哲学家亚里士多德提出“四元素说”.公元前500～400年古希腊人留基伯及其学生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出“原子说”.公元1661年英国化学家波义耳首先提出了化学元素的概念.公元1687年英国物理学家牛顿在其著作《自然哲学的数学原理》中奠定了经典力学基础，引入超距作用概念.公元1774年法国化学家拉瓦锡提出质量守恒原理.公元1789年德国化学家克拉普罗特首先发现了自然界中最重的元素——铀.公元1808年英国化学家道尔顿在他的著名著作《化学哲学新系统》中，提出了用来解释物质结构的“原子分子学说”.公元1811年意大利化学家阿伏加德罗提出了理想气体分子的假设，得出了著名的阿伏加德罗常数，并在1865首次实验测定.公元1820年瑞典化学家白则里提出了化学原子价概念，并在1828年发表了原子量表.公元1832年英国物理学家法拉第提出了电解定律.公元1854年德国的吹玻璃工匠兼发明家盖斯勒用“盖斯勒管”进行了低气压放电实验.公元1858年德国物理学家普吕克尔在研究低气压放电管时发现面对阴极出现绿色辉光.公元1864年德国物理学家汗道夫发现阴极射线.公元1869年俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈耶按照原子量的顺序将元素排成了“元素周期表”，又在1871年写成了《化学原理》一书.公元1876年德国物理学家戈德斯坦断定低气压放电管中的绿色辉光是由阴极射线产生的. 公元1884年瑞典化学家阿仑尼乌斯首先提出了电离学说，认为离子就是带有电荷的原子. 公元1885年英国物理学家克鲁克斯用实验证明阴极射线是一种具有质量带有电花的粒子流，而不是没有质量的光束.公元1891年爱尔兰物理学家斯托尼首先提出把电解时所假想的电单元叫做“电子”.公元1895年德国物理学家伦琴在12月28日宣布发现了x射线(又称伦琴射线).为此他获得了1901年度首届诺贝尔物理学奖.法国物理学家佩兰断定阴极射线确是带负电荷的微粒流，他曾因研究物质的间断结构和测量原子体积而获得了1926年度诺贝尔物理学奖.荷兰物理学家洛伦茨首先提出了经典电子论，他还确定了电子在电磁场中所受的力，即洛伦茨力，并预言了正常的塞曼效应.公元1896年法国物理学家贝克勒尔在3月1日用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性，他也是第一个使用乳胶照相探测射线的科学家，为此同居里夫妇一起获得1903年度诺贝尔物理学奖.荷兰物理学家塞曼在研究外磁场作用下的光发射时发现塞曼效应，这也是磁场对原子辐射现象的影响，为此他获得了1902年度诺贝尔物理学奖.公元1897年英国物理学家汤姆逊在4月30日从阴极射线的研究中证实了电子的存在.由于他在研究电在气体中的传导所作得的重大贡献而获得1906年度诺贝尔物理学奖.1897～1914年，美国物理学家米利肯等先后多次精确测量电子的质量和电荷，1899年又测定了电子的荷质比.米利肯因对电子电荷的测定和光电效应的研究获得1923年度诺贝尔物理学奖.公元1898年后来加入法国籍的波兰物理学家和化学家居里夫人证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“镭”.法国物理学家皮埃尔·居里等在《自然》杂志11月16日这一期里第一次写下了“放射性”这一术语.居里夫妇发现了钋和镭等放射性元素，由于他们发现了天然放射性和对铀的研究，在1903年同贝克勒尔一起获诺贝尔物理学奖.另外，居里夫人因发现镭和钋获得1911年度诺贝尔化学奖，成为世界上第一位连续两次荣获科学上最高奖赏的女科学家.汤姆逊提出了第一个原子结构模型即“正电云”原子模型，俗称“西瓜模型”.公元1899年贝克勒尔等人发现射线在磁场中发生了偏转现象.同年，新西兰出生的英国物理学家卢瑟福区分了前两种不同辐射，分别叫做“α射线”和“β射线”，并指出β射线和阴极射线一样也是带负电的电子流.俄国物理学家列别捷夫发现了光对固体的压力并进行了测量.英国物理学家汤姆逊从一些毫无放射性的普通金属受到紫外线照射时能放出电子的现象中发现了“光电效应”.公元1900年贝克勒尔从β粒子流的研究中发现它的质量和电荷都与电子相同.卢瑟福等从射线的研究中又辨认了第三种射线为“γ射线”.卢瑟福第一次测量了放射性的周期并引入了“放射性常数”这一术语.德国物理学家普朗克在12月17日柏林科学院物理学会的一次会议上，提出热辐射公式中的量子假设.后因为阐明光量子理论而获得1918年度诺贝尔物理学奖.公元1901年佩兰提出了关于原子行星结构的第一个假设.公元1902年英国物理学家卢瑟福和其合作者索第开始对铀的α放射性进行系统研究，发现了放射性递减的数学规律，到1907年从中找到了一连串放射性元素，建立了铀放射系，为此卢瑟福获得了1908年度诺贝尔化学奖.法国化学家德马尔赛测定了镭的光谱线.开始了在X或γ射线辐照下液态绝缘体的导电性研究.居里夫妇发现了自然界放射性物质都有放射性现象，指出了放射能的强度，并从数吨沥青铀矿中提炼得0.1克氯化镭.公元1904年先后加入瑞士和美国籍的德国物理学家爱因斯坦首先提出“光子”概念，光子具有动量和质量，从而确立了光的波粒二象性.公元1905年著名科学家爱因斯坦提出了“狭义相对论”以及质能关系式E=mc²；同年他又提出了光电效应定律，并在1907年发表了热容量的量子论，1916年创立广义相对论.由于他对数学物理的杰出贡献和阐明光电效应规律而获得1921年度诺贝尔物理学奖.公元1906年卢瑟福开始研究大质量亚原子粒子α穿过物质时的现象，弄清了α粒子的本质为以后发现原子核进行了准备.公元1907年发现钾有放射性.开始对特征X射线进行研究.公元1908年德国物理学家布赫雷尔用实验证实了爱因斯坦的理论.德国物理学家盖革和卢瑟福用圆柱形计数器对α粒子进行测量.公元1910年精确地测定阿伏加德罗常数.奥地利物理学家赫斯等证明“宇宙射线”来源于地球外的外层空间，他也因此和发现正电子的美国物理学家安德森一起获得1936年度诺贝尔物理学奖.公元1911年卢瑟福把α粒子大角度散射实验结果公诸于世，第一次计算了原子行星结构，确定了原子中有“核”存在，从而建立了“有核原子模型”或称“行星模型”.苏格兰物理学家威尔逊发明云雾膨胀室，可用来跟踪和测量离子轨迹，他也因此和康普顿一起获得1927年度诺贝尔物理学奖.索第提出同位素概念，后被汤姆逊进一步补充.索第因研究放射性物质和同位素获得1921年度诺贝尔化学奖.英国物理学家巴克拉测得了各种原子所固有的“特征x射线”，他也因此获得1917年度诺贝尔物理学奖.公元1912年汤姆逊建成了第一台能够分离同位素的仪器(后被称为“质谱仪”)，并用来研究、分离氖的两种同位素氖-20和氖-22.德国科学家劳厄发现X射线在晶体中产生衍射，他也因此获得1914年度诺贝尔物理学奖. 公元1913年盖革制成了针状计数器.丹麦著名理论物理学家玻尔提出原子结构的量子化轨道理论，并对氢原子进行计算.他也因此获得1922年度诺贝尔物理学奖.英国物理学家莫塞莱利用特征x射线在晶体上的反射特性，准确地测定了其波长.由此可将各种元素按照特征x射线的波长顺序进行排列，得出它们之间的相互关系，使核电荷数和原子序数等同了起来.卢瑟福提出原子内部隐藏着巨大能量.公元1914年卢瑟福把氢原子核叫做“质子”.考塞耳奠定量子化学基础.公元1916年原子内的电子沿着椭圆轨道运动.公元1919年卢瑟福首次实现人工核反应，用α粒子轰击氮核结果打出了质子.英国物理学家阿斯顿制成了第—台高效能质谱仪，并用来精确测定同位素质量.公元1920年测量分子运动速度.卢瑟福提出在原子核的狭小范围内，一个质子和一个电子由于相互吸引而紧密结合成一体，可看成是一个单独粒子.公元1921年美国化学家哈金斯把质子-电子复合体看成是电中性的，并将它命名为“中子”. 公元1923年美国物理学家康普顿从光量子和电子的碰撞实验中，发现从原子反射回来的X射线的康普顿效应，并因此与威尔逊一起获得1927年度诺贝尔物理学奖.这一效应也被中国物理学家吴有训所发现，故也称为康普顿-吴有训效应.公元1924年奥地利物理学家泡利提出一种排斥原理，称为“泡利不相容原理”，认为质子和电子都绕自身轴线旋转.这种自旋方向可以有两种相反的方向，即在一个原子中不能有两个或更多的电子处在完全相同的状态.为此他在1945年获得诺贝尔物理学奖.法国物理学家德布罗意首先提出波动力学，建立了物质波概念.他因发现电子的波动性而获得1929年度诺贝尔物理学奖.公元1925年德国物理学家海森伯创立量子力学(矩阵力学)，这是一种强调可观察量的不连续性的新量子论.海森伯还在1927年发现了测不准原理，首先创造基本粒子中的同位旋观念，他也因此获得了1932年度诺贝尔物理学奖.公元1926年奥地利物理学家薛定谔创立量子力学(波动力学)的基本方程，这是一种强调物质波动性的新量子论，即把电子看成所谓电子云.为此，他与狄拉克共同获得1933年度诺贝尔物理学奖.公元1928年俄国出生的美国物理学家盖莫夫提出用质子代替α粒子作为轰击粒子.盖革等制造了正比计数器.美国和前苏联都成功地进行了电子衍射实验.制成盖革-弥勒计数器.盖革用金属针作为集电极，而弥勒建议用一横穿整个圆筒的金属丝代替尖针，可使计数器工作时更稳定.公元1929年英国物理学家狄拉克从电子性质的数学处理方法中提出了“反粒子”概念，并得出相对论波动方程，亦称狄拉克方程.为此他与薛定谔共同获得1933年度诺贝尔物理学奖.英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿制造成功第一台“粒子加速器”，被叫做“静电加速器”.它实际上是一个高压倍压装置，通常被称为高压倍加器.为此他们获得了1951年度诺贝尔物理学奖.公元1930年美国天文学家拉塞尔指出有迹象表明太阳能是由氢的热核反应所形成.德国物理学家乌特曼等人也发现了这一现象.德国物理学家博特和贝克尔开始用α粒子去轰击轻金属铍的实验.泡利提出中微子假设，并在12月4日给某同事的信中指明存在中微子.1934年泡利与费密正式提出中微子理论，25年后被证实.公元1931年美国物理学家劳伦斯设计制成第一台“回旋加速器”.为此他获得了1939年度诺贝尔物理学奖.美国物理学家范德格喇夫建成第一台静电加速器，并以他的名字命名.考克饶夫和瓦尔顿利用他们的加速器人工加速质子轰击锂-7，原子核使它发生了分裂，这是第一个由人造轰击粒子引起的核反应.公元1932年美国化学家尤里发现氘(D)，亦称重氢，并因此获得1934年度诺贝尔化学奖.法国物理学家约里奥·居里夫妇重复了博特和贝克尔用α粒子轰击铍的实验，他们得到了相同的结果，但未能发现中子.英国物理学家查德威克从α粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”，他为此获得1935年度诺贝尔物理学奖.美国物理学家安德森在研究宇宙射线对铅板的冲击中发现了电子的反粒子“正电子”.他为此与澳大利亚物理学家赫斯共同获得1936年度诺贝尔物理学奖.德国物理学家海森伯在发现中子后不久立即提出原子核的中子-质子模型.公元1934年法国物理学家约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击轻元素的核反应实验过程中，发现了第一个人工放射性核素，并证实了正电子的存在.他们因此获得了1935年度诺贝尔化学奖.查德威克终于弄清了中子比质子更重.后来加入美国籍的意大利物理学家费密首先提出了b衰变的理论.他首先实现了中子慢化，并发现慢中子与核产生核反应的优点.同年他首先用慢中子轰击铀，想获得超铀元素.卢瑟福与澳大利亚物理学家奥利芬特、奥地利化学家哈尔特克一起，氘-氘反应中制得了氚(氢的第三个同位素).美国物理学家贝内特提出“收缩效应”，用以解释等离子体受磁场约束的现象.公元1935年加拿大出生的美国物理学家登普斯特发现铀中有0.7％的铀原子属于一种较轻的同位素铀-235.日本物理学家汤川秀树在核相互作用中提出了交换粒子的学说，建立了介子理论，并因此获得了1949年诺贝尔物理学奖.费密发现了超铀元素的存在.美国物理学家奥本海默提出加速氘核作为产生核反应的轰击粒子的设想.公元1936年美国物理学家安德森和内德迈耶从宇宙射线的研究中探测到一种中等质量数的粒子，称之为“μ子”.公元1937年在美国劳伦斯实验室中，与费密一同工作的意大利物理学家西格雷用中子轰击钼，结果发现了43号元素锝.公元1938年美国物理学家拉比发现磁共振原理，并因此获得1944年度诺贝尔物理学奖.德国出生的美国物理学家贝特和德国天文学家魏扎克分别独立地得出在太阳上可能产生的H-H和C-N循环的聚合反应，并证明靠氢的聚变来维持太阳能是不成问题的.德国物理化学家哈恩和施特拉斯曼在研究中子与铀核作用所形成的各种放射性元素的分析中发现了铀核的裂变现象.哈恩为此获得了1944年度诺贝尔化学奖.公元1939年哈恩早先的长期合作者-奥地利物理学家梅特涅和她的侄子弗里施在丹麦哥本哈根写出了第一篇发现铀核裂变的论文，并在1月发表.当时美国生物学家阿诺德建议把铀核分裂成两半的现象仿照活细胞的分裂现象称做“裂变”.约里奥·居里等提出铀核裂变链式反应的可能性，并取得为获得原子能而建造原子堆的专利权.格兰特发现钍核裂变.法国物理学家佩兰的儿子F·佩兰提出了“临界质量”的概念.8月2日，著名科学家爱因斯坦写信给美国总统罗斯福，建议政府早日对核武器的研究加以关注.美国物理学家麦克米伦和艾贝尔森在用慢中子轰击铀的实验中鉴别出了93号元素镎，并因此与另一位美国物理学家西博格一起获得1951年度诺贝尔化学奖.公元1940年在裂变发现后，美国总统罗斯福下令设置原子能机构，开始进行原子能实验.前苏联科学家哈利顿和捷利多维奇指出了维持铀核裂变链式反应的条件，同年前苏联科学院作了世界上第一次铀核裂变链式反应的试验.公元1941年从镎的放射性衰变产物中辨认了具有微弱放射性的94号元素钚，实际上美国物理学家西博格在1940年就证实了钚的存在，并因此与麦克米伦一起获得1951年度诺贝尔化学奖.前苏联物理学家弗辽罗夫和彼得夏克发现了铀核的“自发裂变”现象.公元1942年12月2日，费米等科学家在芝加哥大学球场看台下建成了世界上第一座核反应堆(CP-1芝加哥1号堆)，用天然铀作该裂变燃料，石墨作慢化剂.美国军方接管了原子能研究的各项工作，拟订了“曼哈顿工程”计划，由奥本海默教授全面负责领导工作.西博格等人在实验室里制成铀-233.公元1943年美国建造第一个核武器研制中心—洛斯阿拉莫斯实验室，开始研制原子弹.1943～1944年美国建成第一座生产钚的工厂—汉福特制钚工厂.1943～1945年美国建成第一座铀-235分离工厂—橡树岭气体扩散工厂.公元1944年费密算出在地球上实现热核反应的条件.氚和氘的聚变点火温度为五千万度，氘和氘的点火温度则高达四亿度.而为了实现氢和氢聚变，温度更高，为十亿度以上.同样的氢核聚变反应在太阳上只要一千五百万度.公元1945年发现原子序数95号元素镅和96号元素锔.建成250兆电子伏电子回旋加速器.7月16日凌晨5时半，在美国的新墨西哥州阿拉莫戈多沙漠附近成功地爆炸了第一颗内爆型钚239原子弹.同年8月6日和9日，分别在日本广岛投下代号为“小男孩”的原子弹和在长崎投下了代号为“胖子”的原子弹，死伤和平居民几十万人.公元1946年1月26日，在联合国由苏、美、英、法和加拿大五国代表组成有关原子能问题委员会.前苏联提出了关于立刻完全禁止使用原子武器的建议.建成了放大倍数高达16万倍的电子显微镜.中国物理学家钱三强和何泽慧应用核乳胶观测了铀核的三分裂现象.根据契林科夫效应制成计数器.美国国会通过原子能法(麦克马洪法)，据此美国可独占战时美、英、加三国研制原子弹的秘密.6月，前苏联开始建立铀工业，并开始建造分离铀-235的气体扩散工厂.公元1947年英国物理学家鲍威尔从宇宙射线发现了“π介子”，并为此获得1950年度诺贝尔物理学奖.前苏联第一座石墨金属天然铀反应堆投入运行.美国物理学家利比证明自然界中存在放射性碳-14，并利用它进行年代测定.他也因此获得1960年度诺贝尔化学奖.8月英国第一座低功率石墨实验性反应堆(GLEEP)投入运行.前苏联在乌拉尔建造生产钚的反应堆.11月6日，前苏联外交部长莫洛托夫宣布“原子弹的秘密早就不存在了”.公元1948年12月15日，由约里奥·居里主持建成法国第一座天然铀重水慢化的核反应堆“左亚”ZOE，继前苏联之后打破了美国的核垄断.人工生产π介子获得成功.公元1949年前苏联成功地进行了第一次原子弹爆炸试验.公元1950年1月31日，美国宣布已开始制造氢弹.英国第一个生产钚的反应堆投入运行.3月，世界保卫和平大会常设委员会在斯德哥尔摩开会，通过了禁止原子武器并建立严格国际监督的宣言.全世界展开了反对使用原子武器的运动.公元1951年英国物理学家韦尔为了最终实现聚变点火，首次作了利用收缩效应来约束等离子体的尝试.美国物理学家小施皮策提出利用扭成“8”字形的容器进行聚变反应有好处.后来制成的这种装置叫做“仿星器”.8月，美国在爱达荷州的阿尔科建成了第一座增殖反应堆，并于同年12月20日第一次发出了由核能产生的电力.10月6日，前苏联又进行了一次原子弹爆炸试验.公元1952年美国在布鲁克海文建成了第一个快中子反应堆.10月，英国首次进行原子弹(钚)爆炸试验.11月1日，美国在马绍尔群岛进行了第一次氢弹装置爆炸试验，所用的装料是液态氘和氚，整个装置重达65吨.公元1953年8月8日，前苏联政府首脑马林科夫宣布：美国在氢弹生产方面已不再是垄断者.8月20日，前苏联政府公报宣布在8月12日爆炸了第一颗氢弹.同年9月18日塔斯社又报导了关于几种新型原子弹的试验.英国采用气体扩散法的卡彭赫斯特铀-235分离工厂正式投产.美国物理学家格拉塞发明了用以研究亚原子粒子的气泡室，为此获得1960年度诺贝尔物理学奖.公元1954年3月1日，美国在比基尼岛正式爆炸了第一颗氢弹.6月27日，世界上第一座原子能发电站在前苏联建成发电，电功率为5000千瓦.利用裂变产物的放射能制成重量很轻的“核电池”；也有不用裂变产物而用钚-238，这种核电池已被用来为人造卫星长期提供动力.3、4月间美国在太平洋马绍尔群岛进行了数次威力巨大的氢弹试验，致使附近居民和日本渔民遭受重大灾难.9月，前苏联宣布试验了一种有助于解决防御原子进攻的新型原子武器.美国建造的第一艘核潜艇“鹦鹉螺号”下水服役.公元1955年法国开始研究气体扩散法和建造与产钚堆有关的分离工厂.1月19日，世界和平理事会常务委员会发表告全世界人民书，号召反对原子战争，销毁存储的全部原子武器.并发动大规模的签名运动，获得了世界各国各阶层人民的广泛支持和拥护.前苏联宣布帮助包括我国、波兰、捷克斯洛伐克、罗马尼亚和民主德国等国建立研究原子能的科学实验中心.接着于3、4月间在莫斯科签订了在1955～1956年间完成实验性反应堆和回旋加速器设计工作的协定.由于前苏联的建议，在日内瓦举行了第一次和平利用原子能国际会议.与会科学家交流了经验和成果，前苏联公开了世界上第一座原子能发电站的结构.在美国伯克利的加利福尼亚大学建造了一台6GeV高能质子同步稳相加速器，又叫做“贝伐特朗”，意思是京电子伏级加速器.公元1956年锝的发现者意大利物理学家西格雷(当时已移居美国)和美国物理学家钱伯林等人利用“贝伐特朗”发现了“反质子”，为此共同获得1959年度诺贝尔物理学奖.意大利出生的美国物理学家皮奇奥尼及其合作者报导发现”反中子”.英国利用卡彭赫斯特铀-235分离厂开始生产军用高浓铀年产高浓铀0.7吨.英国第一座天然铀石墨气冷堆卡尔德豪尔核电站投入运行.美国政府建成了希平港1号压水堆核电站，发电容量为6万千瓦.前苏联把核动力应用到交通运输方面，第一艘原子能破冰船设计成功；第一架原子能飞机进入地面试验和飞行试验阶段；第一辆原子能机车的初步设计已经提出.美籍中国理论物理学家李政道和杨振宁发现β放射性中粒子的宇称不守恒性，推翻了宇称守恒定律；而美籍中国物理学家吴健雄在实验上对此伟大发现进行了验证.由于李政道和杨振宁发现在弱相互作用下宇称不守恒和基本粒子理论的研究成果而共同获得1957年诺贝尔物理学奖.在美国萨凡纳河反应堆附近，由美国物理学家莱因斯和科恩观测到中微子.5月，英国成功地进行了首次氢弹试验.12月5日，前苏联建成了第一艘“列宁”号原子破冰船在列宁格勒下水，其排水量16000吨，主发动机功率44000马力.公元1957年英国物理学家劳逊在研究轻核聚变反应的条件时，发现除了高温还需保持一定时间，并提出了著名的“劳逊判据”.公元1958年德国物理学家穆斯鲍尔首次完成了对核激发能级宽度的直接测量，发现了原子核中γ射线的无反冲共振吸收，他也因此与美国物理学家霍夫施塔特共同获得1961年度诺贝尔物理学奖.公元1959年利用闪烁计数器的双闪烁证实了中微子的存在.公元1960年2月13日，法国在非洲撒哈拉沙漠中爆炸了第一颗原子弹装置.美国在布鲁克海文建造了质子能量为33GeV的交变磁场梯度同步加速器.美国物理学家阿尔瓦雷斯发现了某种核子态γ共振，他由于对基本粒子物理学的贡献获得1968年度诺贝尔物理学奖.法国动工建造第一座年产1.5吨铀-235的气体扩散工厂.公元1961年。