原子物理学 .ppt

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• 由气体动理论知，1 mol 原子物质含有的原子数是
（阿伏伽德罗常数） • 因此可由原子的相对质量求出原子的质量,如最轻的氢
原子质量约为 1.671027 kg • 可估计出原子的半径是0.1nm(1010 m)量级。(这些是
其外部特征)
深层的问题：
原子的组分？ 原子的结构？ 原子的内部运动？ 原子各组分间的相互作用?
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课程说明
• 原子物理学是20世纪初开始形成的一门学科，主要研究 物质结构的“原子”层次。原子物理学的发展导致量子 理论的发展，而量子力学又使原子物理学得以完善。
• 本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大 多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
• 本课程原则上采用SI单位制，同时在计算中广泛采用复
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1.电子的发现
1833 年
1874 年1879 年 1881 年1897 年
1899 1年909 年
法拉弟电解定律：析出物质量正比于电解液电量 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数）F
斯通尼（英）提出电荷的最小单位 e F NA
克鲁克斯(英)以实验说明阴极射线是带电粒子， 为电子的发现奠定基础 斯通尼命名电量子为电子
高真空放电管中的阴极 射线经狭缝约束后成一窄 束,窄束射线通过电场和磁 场后到达荧屏。从其偏转 判断所受电场力和磁场力, 从而算得电子的荷质比。
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与真理“擦肩而过”的人们
• 在汤姆逊之前，赫兹（德）做的类似实验未发现 射线偏转（因高真空不易实现），误认为阴极射 线不带电。
• 休斯脱做过氢放电管中阴极射线偏转的研究，得 出阴极射线粒子的荷质比为氢离子的千倍以上， 但自己认为此结果是荒谬的，他认为射线粒子应 比氢原子大。
• 据此发现电荷呈量子化分布。 • 电荷为何呈量子化分布的机制
至今仍未解决）
获1923年度 诺贝尔物理学奖
R. Millikan（美） (1868-1953)
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原子物理学中两个重要 的无量纲常数之一： • 此常数决定了原子物理学的主要特征。
物理学至今无法从第一性原理导出此常数。 • 由此还可得出 mp 1.671027 kg 1.007276470u （在估算中可当作一个u） • 按照相对论质能关系 E mc2 • 可得出：
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第一章 原子的位形：卢瑟福模型
§1-1背景知识
古代原子学说
原子（Atom） 组成物质的最小单元，永恒不变 “原子”概念源于希腊文,其意为“不可分割的”
机械原子学说（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 困难：不能解释光、电、热等物理现象和燃烧等化学过程
• 1897年考夫曼（德）也做过与汤姆逊类似的实 验且结果更精确，但他不承认阴极射线是粒子的 假设，直到1901年才将实验结果公布。
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2.电子的电荷和质量
• 精确测定电子电荷的是密立根 油滴实验（1910年)测得出电 子电荷的值为：
• 再由e/m求得电子质量为：
me 9.111031 kg
J.J汤姆逊证实阴极射线由负电微粒组成 通过磁场中的偏转测 e me J.J汤姆逊测定 e 和 me 密立根油滴实验精确测定 e
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J.J.汤姆逊发现电子
(通过实验确认电子的存在)
J.J汤姆逊在其94岁高龄的一生
中一直在剑桥教书和研究。自27
岁起任卡文迪许实验室主任共34
年。
获1906年度
诺贝尔物理学奖
(1)掌握原子物理学的研究内容和研究方法. (2)了解原子物理学和原子核物理学的发展简史. (3)了解原子物理学前沿研究领域的概况. (4)掌握原子的基本性质. (5)了解汤姆逊模型和卢瑟福模型的区别. (6)理解卢瑟福的散射理论.
目的与要求 4
近代物理（简介）
以相对论与量子论为理论基础的20世纪物理学
教 材： 《原子物理学》，杨福家，高等教育出版社，2000.7第三版 (面向…)
参考教材: 《原子物理学》，褚圣麟，人民教育出版社，1995.3 《量子物理》，赵凯华、罗蔚茵，高等教育出版社，2001.1(新概念…) 《近代物理学》，王正行，北京大学出版社，1995.1 《量子物理学》，史斌星，清华大学出版社，1982.8……
电子讲义(课件)/制作：hhxy zqz
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杨福家院士简介：
1936年6月出生于上海，
著名科学家，中科院院士。
1958年复旦大学物理系毕业
后留校任教,1960年担任复
旦大学原子核物理系副主任
。 此后历任中国科学院上海
原子核研究所所长、复旦大学研 究生院院长、复旦大学校长等职
杨福家（1936-）Fra bibliotek。 受原本只有王室成员和有爵位的人才能担任校长的英国诺丁汉
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化学原子学说
1808年道尔顿：不同元素的原子不同，每种原子有确定 的原子量
1811年阿伏伽德 气体由分子组成，分子由原子组成， 罗：同温同压的同体积气体含相同数目的分子 1869年门捷列 发现元素周期律，预言新元素 夫：
现代原子学说
19世原纪子是介三于大分发子现和—原—子X核射之线间、的放一射个性物和质电结子构层次 末 1911年卢瑟福：原子核式结构模型 1913年玻尔： 原子量子理论 解释氢光谱 1923-1927 量子力学诞生 成功解释原子现象
经典物理 基于宏观物质和低速运动物理经验 而建立的概念和理论体系
高速 相对论 时空观革命 绝对 微观 量子论 因果律革命 决定
相对 统计
近代物理是现代科学技术的理论基础
微观
宏观
宇观
粒子 原子核 原子 分子 气液固体 天体 宇宙
粒子基本相互作用与运动规律
原子物理学基本问题：
决定
物质结构各层次的性质与特点
合常数简化数值运算。
• [通常用Å(
1
0
A

1)0描8 c写m原子线度，
用 f(m 1 fm )1描0写15 m核的线度，用 描述原M子eV和核的能
量等。]
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基 绪论
本
§1.1 原子的质量、大小和构成 §1.2 卢瑟福核式模型
内 §1.3 卢瑟福公式及实验验证
容 §1.4 卢瑟福核式模型的意义及困难
大学的聘请，于2001年7月出任该校第六任校长。2004年兼任
宁波诺丁汉大学校长。
1984年获国家级“有突出贡献的中青年专家”称号。1991 年当选为中国科学院院士，领导、组织并建成了基于加速器的 原子、原子核物理实验室，完成了一批引起国际重视的研究成 果。撰有《原子物理学》、《应用核物理》等专著。