原子物理课件_第一章_原子的基本状况

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原子量：原子包含1个原子质量单位(1u)数 原子量：原子包含1个原子质量单位(1u)数 (1u) H：1.0079 C：12.011 O：15.999 Cu：63.54 ： ： ： ：
2．原子的质量
A( g ) M (X ) = = Au 的原子质量为： 元素 X 的原子质量为： NA
A：一摩尔原子以克为单位的质量数（原子量）。 一摩尔原子以克为单位的质量数（原子量）。 No表示阿佛加德罗常数，No=6.022×1023/mol 表示阿佛加德罗常数， =6.022× 对氢原子： =1.67367× 对氢原子：MH =1.67367×10-27kg 3、阿佛加德罗常数No 阿佛加德罗常数 No是联系微观物理量与宏观物理量的纽带。 是联系微观物理量与宏观物理量的纽带。 普适气体常数R， ： 例：①No k=R 普适气体常数 ，k：玻尔兹曼常数 法拉第常数F=96486.7 C/mol ②No e=F 法拉第常数
原子的半径都约为10 的量级。 原子的半径都约为10-10 m即Å的量级。 的量级
1mol金属镁是 ，其质量密度是 金属镁是24g，其质量密度是1.74g/cm3，则镁 金属镁是 原子的半径： 原子的半径：
3 × 24 r= 23 4π ×1.74 × 6.02 ×10 ≈ 1.76 × 10−8 (cm)
单位： 单位：10-12m (pm) 10-10 m即Å的量级 即 的量级
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19世纪末 19世纪末
三大发现—— 射线、 三大发现——X射线、放射性和电子 ——X
慕尼黑
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2．电子的电量和质量
具体例题见后面
1897年汤姆逊从如下图放电管中的阴极射线发现 1897年汤姆逊从如下图放电管中的阴极射线发现 了带负电的电子,并测得了e/m比。 比 了带负电的电子,并测得了
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什么是物理学？ 什么是物理学？ 物理学 (Physics)
物 质 结 构 物质相互作用 物质运动规律
物理学是研究物质世界最基本形态的科学 物理学是研究物质世界最基本形态的科学 物理学研究的范围 —— 物质世界的层次和数量级
微观粒子 Microscopic 介观物质 mesoscopic
−15
宏观物质 macroscopic
e =1.602×10－19（c） × ） me=9.109×10－31kg ×
质子质量： 质子质量：
m p = 1.6726 × 10-27 Kg
m m
3．电子的大小
p e
= 1 8 3 6 .1 5
原子物理中重 要的两个无量 纲常数之一。 纲常数之一。
从电子的静电固有能估计电子的经典半径： 从电子的静电固有能估计电子的经典半径：
E−09 −
最小 的细胞 DNA长度 长度
E−06 − E−03 − 1m E+03 E+09 E+06
E+15 E+12
人
太阳 山
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蛇吞尾图， 蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
物理学的发展历史
19世纪末物理学的成就： 19世纪末物理学的成就 世纪末物理学的成就： 通常（宏观、低速和弱引力） 通常（宏观、低速和弱引力）机械运动 电磁现象 热现象 微观理论 光——电磁波 ——电磁波 唯象理论 Newton定律 Newton定律 Maxwell方程 Maxwell方程 热力学 统计物理学 Boltzmann，Gibbs） （Boltzmann，Gibbs）
吉布斯(美国 吉布斯 美国) 美国 18391839-1903
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20世纪物理学革命的进军号角 20世纪物理学革命的进军号角
“ 在目前业已 基本建成 的科学大厦中 ， 物理学家似 在目前业已基本建成 的科学大厦中， 基本建成的科学大厦中 乎只要做一些零碎的修补 工作就行了； 然而， 修补工作就行了 乎只要做一些零碎的 修补 工作就行了 ； 然而 ， 在物 理学晴朗天空的远处，还飘着两朵令人不安的愁 ——《19世纪笼罩在热和光的动力论上的阴 云。” ——《19世纪笼罩在热和光的动力论上的阴 影》，1900年4月27日于不列颠皇家科学院
宇观物质 cosmological
空间尺度： 空间尺度： 质子 10
m
类星体 10 26 m 宇宙寿命 1018 s
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基本粒子寿命 10−25 s 时间尺度： 时间尺度：
基本粒子
E+27
哈勃半径 超星系团 星系团
E+24 E+21 E+18 E−15 − E−12 −
原子核 原子
银河系 最近恒 星的距离 太阳系
re ~ 2.8 × 10 − 15 m = 2.8 fm
汤姆逊1897年使用的放电管示意图 年使用的放电管示意图 汤姆逊
l
-V/2 v d v1 V/2 v v h
L
狭缝A 相互垂直。 狭缝 、B相互垂直。 相互垂直
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1.不加电场，直接打到P1处 不加电场，直接打到 处 不加电场 2.加了如图所示的电场，打到P2处，判断带负电 加了如图所示的电场，打到 处 加了如图所示的电场
20世纪初物理学的革命 20世纪初物理学的革命
“ 在本世纪初 ， 发生了三次概念上的革命 ， 它 在本世纪初，发生了三次概念上的革命， 们深刻地改变了人们对物理世界的了解， 们深刻地改变了人们对物理世界的了解 ， 这就 狭义相对论（1905年 广义相对论（ 是 狭义相对论 （ 1905 年 ） 、 广义相对论 （ 1916 量子力学（1925年 ——《 年）和量子力学（1925年）。” ——《爱因斯 坦对理论物理学的影响》，1979年 杨振宁 (1922(1922-)
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成绩考核
1 平时成绩 分： 平时成绩30分 作业 20分： 完成情况10分（每少完成一次扣2分，少完成超过5次 无考试资格）; 完成质量10分 （从作业作答上能判断抄袭或让人抄袭 的情况每次扣2分，扣足5次无考试资格）; 出席10分： 无故缺席超过1次（事假超过2次）后每次扣2分，扣足 10分无考试资格。以签到为准。 折算） 2 考试成绩 分：卷面考试成绩（按百分 折算） 考试成绩70分 卷面考试成绩（按百分70折算
l
-V/2 v d v1 V/2 v v h
L
加电场：P1（1）加电场：P1-〉P2 阴极射线带负电 再加磁场：P2（2）再加磁场：P2-〉P1
B ev = eE
（3）去电场：射线成一圆 去电场： 形轨迹
_ E B +
mv r
2
= B ev
可求电子的荷质比 e/m
e = 1.7588 × 1011C / Kg m
3
= 1.76 × 10
−10
( m)
大于真实值1.60×10-10m，why？ × 大于真实值 ， ？ 这里假设原子是球形的，原子密堆积还是有空隙的。 实际上圆球密堆积的空间占有率是74.05% ，即剩下的 百分比是空隙。而计算的时候没有考虑空隙，所以计 算得到的半径偏大。这个公式右边乘以74.05%，这样 计算得到的半径就和真实值很接近了。
我们将以原子物理学 我们将以原子物理学为基础来展现近代物理的美 原子物理学为基础来展现近代物理的美
基本相互作用与运动规律 决 定 物质结构各层次的性质与特点
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基本问题与基本研究手法
本课程的内容安排
第一章 原子的基本情况 第二章 原子的能级和辐射 第三章 量子力学初步 第四章 碱金属原子和电子自旋 第五章 多电子原子 第六章 在磁场中的原子 第七章 原子的壳层结构 第七章 X射线简介和分子光谱学 射线简介和分子光谱学 原子核与粒子物理学 第八章 原子核与粒子物理学
3. 再加垂直纸面向外的磁场 ，调整 的大小使电子 再加垂直纸面向外的磁场B，调整B的大小使电子 打在P1处 打在 处
电场内的运动 水平方向：匀速运动 垂直方向：匀加速运动 电场外的运动： 水平方向：匀速运动 垂直方向：匀速运动 显然 h = s1 + s 2 t 2 = (L − l/ 2 )/v s 2 = v1t 2 t 1 = l/v 1 2 s1 = at 1 ， v 1 = at 1 2 a = Ee/m , E = V / d
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4 π r3N 3
A
≡
A(g )
ρ
补充作业题
1、已知Ca原子的原子量为40，金属Ca的质量密度 已知Ca原子的原子量为40，金属Ca的质量密度 Ca原子的原子量为40 Ca 约为1.54g/cm 假设单个Ca原子呈球形且金属Ca Ca原子呈球形且金属Ca中 约为1.54g/cm3,假设单个Ca原子呈球形且金属Ca中 不考虑原子的堆积形式，试简单估计Ca Ca原子的半 不考虑原子的堆积形式，试简单估计Ca原子的半 并与其半径真实值1.97 1.97× 进行比较， 径，并与其半径真实值1.97×10-10m进行比较，然 后简单解释下原因。 后简单解释下原因。 2、在以下的常识前提下，试估算 、在以下的常识前提下，试估算1mol空气的密度？ 空气的密度？ 空气的密度 A.1mol空气中有 空气中有0.78mol的氮气（N2）和0.22mol的氧 的氮气（ 空气中有 的氮气 的氧 气（O2） B．1mol任何气体的体积在标准状况下都约为 任何气体的体积在标准状况下都约为22.4L ． 任何气体的体积在标准状况下都约为
“山雨欲来风满楼” 山雨欲来风满楼”
寻找“以太” 寻找“以太” 的失败 黑体辐射的紫外 灾难
Kelvin, Kelvin, W. Thomson (1824(1824-1907) 英国
相对论
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量子论
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这两朵乌云开出了近代物理的鲜花 这两朵乌云开出了近代物理的鲜花 乌云开出了近代物理的