光学与原子物理二3
原子物理学教学大纲(1)
《原子物理学》教学大纲课程性质：专业基础课程先修课程：力学、电磁学、光学总学时：60 学分：3.5理论学时：60 实验学时：实验纳入《近代物理实验》课程开课学院：物电学院适用专业：物理学大纲执笔人：凤尔银大纲编写时间：2007年元月教研室主任审核：凤尔银教学院长审定：一、说明1、课程的性质、地位和任务原子物理学为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要基础课。
本课程的主要目标和任务是：以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质。
介绍有关问题所需要的量子力学基本概念，阐述物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创新思维。
使学生对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。
2、课程教学的基本要求通过本课程的学习，力图使学生初步建立描述微观世界的物理图像，理解适应微观世界的新概念，掌握处理微观世界物理问题的新方法，为后续《量子力学》课程的学习打下一定的基础；本课程涉及知识面较广，讲授时要针对实际情况，对内容加以选择，尽量做到详略得当，让学生既能较全面，又能较深刻地理解和掌握。
课程教学中，要结合有关内容，适当将一些背景材料和物理学史引入教学，以利于加深对新知识的理解和把握。
同时，通过介绍二十世纪初物理学家，在解决经典物理学应用于微观粒子体系遇到困难时的大胆探索、勇于出新的思想脉络，使学生受到创新意识和创新精神方面的熏陶和教育，提高学生分析问题和解决问题的能力。
使学生了解物理学家对物质结构的实践——理论——再实践的认识过程，引导学生养成严谨、活跃、创新的思维方式和学习方法。
3、本课程的重点与难点重点：培养学生初步建立微观世界的物理图像，掌握描述原子结构的基本概念、基本原理和方法；掌握认识原子世界的基本规律，以便从思想和方法上做好准备，为今后学习量子力学打下基础。
难点：由于原子物理学课程是学生第一次系统的接触到的近代物理学的理论体系，它的许多概念、观点与学生长期形成的观念不相符合。
大学原子物理知识点整理(二)2024
大学原子物理知识点整理（二）引言概述:原子物理是研究原子和原子核结构以及它们之间的相互作用的领域。
在大学物理学课程中，学生将学习有关原子物理的基本知识和概念。
本文将整理大学原子物理的知识点，帮助读者加深对这一领域的理解。
正文:一、原子的基本结构1. 原子的组成: 电子、质子和中子2. 布尔模型与量子力学模型的对比3. 原子的核外能级和核内能级4. 电子的波粒二象性和不确定性原理5. 原子的量子态和波函数描述二、能级和谱线1. 原子的能级和跃迁1.1 电子的能级和能级图1.2 能级跃迁的条件与选择定则2. 谱线的产生机制2.1 吸收谱线和发射谱线2.2 碰撞激发和辐射激发3. 原子的光谱和谱线的分类3.1 连续光谱、线状光谱和带状光谱3.2 原子谱、分子谱和固体谱4. 原子光谱的应用4.1 能级分析和元素识别4.2 光谱学在天文学和化学中的应用三、放射性和核衰变1. 放射性的定义和特性2. 放射性衰变的方式2.1 α衰变、β衰变和γ衰变2.2 波尔模型下的放射性衰变2.3 放射性衰变的速率和半衰期3. 放射性排放和辐射剂量3.1 放射性元素的排放方式3.2 辐射剂量和辐射安全4. 应用于医学和工业的放射性同位素 4.1 放射性同位素的检测和成像4.2 放射性同位素的治疗和工业应用四、原子核结构和核反应1. 原子核的组成和性质1.1 原子核的质量和电荷1.2 原子核的尺寸和稳定性2. 核反应和核能的产生2.1 反应堆和核武器的原理2.2 核聚变和核裂变的区别3. 核反应的速率和截面3.1 核反应截面的定义和测定3.2 反应速率方程和反应速率常数4. 放射性同位素的衰变4.1 α衰变、β衰变和γ衰变4.2 放射性同位素的半衰期和活度五、原子物理的前沿研究1. 量子力学和粒子物理学的交叉研究2. 原子和分子的控制和操控3. 高能粒子对物质的作用和产生的效应4. 新型材料和器件的研究和开发5. 双原子分子的电子结构和光谱研究总结:本文梳理了大学原子物理的知识点，包括原子的基本结构、能级和谱线、放射性和核衰变、原子核结构和核反应以及原子物理的前沿研究。
高一物理必修二知识点归纳总结
高一物理必修二知识点归纳总结1500字高一物理必修二知识点总结如下：
第一章机械振动与波动
1. 机械振动的基本概念及基本特征
2. 单摆的运动规律
3. 弹簧振子的运动规律
4. 机械波与介质的传播
5. 简谐波的特征及其数学表达
6. 简谐振动的特征及其数学表达
第二章光学
1. 光的直线传播和反射
2. 光的折射及其数学表达
3. 总反射及其条件
4. 光的色散和光的干涉现象
5. 杨氏干涉和薄膜干涉
6. 衍射现象及其数学表达
第三章电磁感应
1. 磁感线和磁感应强度
2. 安培定律及其数学表达
3. 磁通量和法拉第电磁感应定律
4. 感应电动势及其数学表达
5. 自感和互感
第四章电磁场
1. 电场的基本概念和电场强度的定义
2. 电荷与电场的相互作用
3. 电荷分布所建立的电场
4. 电容器的基本概念和电容的定义
5. 电容与电压关系及能量的储存和释放
6. 平行板电容器和球形电容器的电场
7. 电磁感应中的电荷运动
第五章原子物理与半导体物理
1. 原子的组成和结构
2. 原子核的结构和放射性
3. 半导体物理的基本概念和PN结的形成
4. 半导体的导电机制和P型、N型半导体的特性
5. 半导体二极管和晶体管的基本原理和应用
6. 半导体材料的特性和技术应用
以上是高一物理必修二的主要知识点总结，每个知识点包括基本概念、基本规律和数学表达等。
此外，还可以根据教材中的具体内容进行细化整理，以便更好地理解和掌握这些知识点。
原子物理学第2章原子的量子态全解
的温度升高时,单色辐射能量密度
最大值向短波方向移动.
0 1 2 3 4 λ(µm) 绝对黑体辐射能量密度按波长分布(实验)曲线
第二章 原子的量子态：玻尔模型
Manufacture: Zhu Qiao Zhong
4
物体辐射总能量按波长分布决定于温度.
800K
1000K
1200K
固体在温度升高时颜色的变化
矛盾二:经典的光强和时间决定光电流大小;而光电效应中只有 在光的频率大于红限时才会发生光电效应.
矛盾三:经典的驰豫时间（or:响应时间）较长 (若光强很小,电 子需较长时间吸收足够能量才能逸出),而光电效应不超过10-9s.
实验表明:光强为1μW/m2的光照射到钠靶上即有光电流产生, 这相当于500W的光源照在6.3km处的钠靶.
第二章 原子的量子态：玻尔模型
Manufacture: Zhu Qiao Zhong
10
“在目前业已基本建成的科学大厦中,物理学家似乎只要 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
1）光电流与入射光强度的关系
光电子
单色光
I
e
Is
A
V
遏止电压
光强较强 光强较弱
第二章 原子的量子态：玻尔模型
Ua o
U
Manufacture: Zhu Qiao Zhong
15
第二章 原子的量子态：玻尔模型
Manufacture: Zhu Qiao Zhong
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2）光电子初动能与入射光频率呈线性关系,而与入射光强度
原子物理课件cap2
黑体辐射
困难。然而，历史很快作出了判断，1922年，
爱因斯坦因光电效应获诺贝尔物理奖。
光电效应
光 谱
back
next
目录
结束
（一）光谱 • 光谱是电磁辐射（不论在可见区或在可见区外）的波 长成分和强度分布的记录；有时只是波长成分的记录。 • 光谱是研究原子结构的重要途径之一。 （二）光谱仪 光谱仪：能将混合光按不同波长成分展开成光谱的仪 器。 光谱仪的组成：光源、分光器、记录仪，若装有照相 设备，则称为摄谱仪。
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next
目录
结束
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 例如,用光强为 1 / m 2 的光照到钠金属表 面,根据经典理论的推算,至少要 107 秒（约 合120多天）的时间来积聚能量,才会有光电 子产生；事实上,只要ν >ν 0 ,就立即有光电 子产生,可见理论与实验产生了严重的偏离. 此外，按照经典理论，决定电子能量的是光 强,而不是频率.但实验事实却是：
光电效应
光 谱
back
next
目录
结束
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 早在1887年,德国物理学家赫兹第一个观察 到用紫光照射的尖端放电特别容易发生，这实 际上是光电效应导致的.由于当时还没有电子 的概念,所以对其机制不是很清楚. 直到1897年汤姆逊发现了电子.人们才注意 到一定频率的光照射在金属表面上时,有大量 电子从表面逸出，人们称之为光电效应。光 电效应呈现出以下特点： 1．对一定金属有一个临界频率v0 ,当ν <ν 时,无论光强多大,无电子产生；
黑体辐射实验
前者导致了相对论的诞生后，后者导致了量 子论的诞生。
光学 原子物理 (2)
光电效应，光子
1．光电效应：在光的照射下（可见光或不可见光），物体发射电子的现象，发射出的电子叫光电子。
2．光电效应的规律
a．极限频率：任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应。
b．最大初动能：光电子的最大初动能，与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。
c．瞬时性：光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s
d．光电流强度：当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比
3．爱因斯坦的光子说
光是一份一份地不连续传播的，每一份叫做一个光子，光子的能量与它的频率成正比: E=h υ, K光谱朗克常数=6.63×10-34J·S
(hυ=E
k +W=E
k
+ hυ
) υ
：极限频率
注意：光的强度是指光束的能量; 若单位时间内射到金属表面单位面积上的频率为υ，光子数为n，则光强为nhυ。
4．光的波粒二象性
*大量的光子运动规律表现出波动性，个别光子运动表现出粒子性;
*光的波长越长，波动性越明显，越容易观察到光的干涉和衍射，光频率越高，粒子性越明显，贯穿本领越强;
*光速v，频率υ，波长λ的关系v=λυ光子能量 E=hυ=hc/λ
=hv/λ
*光从真空射入介质中，频率不变，故光的颜色和光子能量不变，但波长和光速发生变化。
原子物理公式总结归纳
原子物理公式总结归纳本文对原子物理领域中常见的公式进行总结归纳，通过对这些公式的理解和应用，可以更好地理解和描述原子的结构、性质和相互作用。
以下是一些重要的原子物理公式：1. 波长和频率公式波长（λ）和频率（ν）之间的关系可以由以下公式表示：c = λν其中，c是光速，约等于3×10^8米/秒。
这个公式说明了电磁辐射的波长和频率之间的相互关系。
2. 波粒二象性公式根据量子力学的理论，物质不仅可以表现出粒子性，还可以表现出波动性。
波长（λ）和动量（p）之间的关系由德布罗意波动方程给出：λ = h / p其中，h是普朗克常量，约等于6.626×10^-34焦秒。
这个公式表明了物质粒子的波长和其动量之间的关系。
3. 能量和频率公式能量（E）和频率（ν）之间的关系由普朗克-爱因斯坦关系给出：E = hν这个公式说明了能量和频率之间的相互关系，其中h是普朗克常量。
4. 不确定性原理根据海森堡的不确定性原理，位置（Δx）和动量（Δp）之间存在一种不确定性关系：ΔxΔp ≥ h/ (4π)这个公式表明了在测量粒子位置和动量时，存在一个不确定性的限制。
5. 玻尔模型的能级公式根据玻尔模型，原子的电子只能处于特定的能级上。
原子的能级与电子的主量子数（n）有关，能级（E）与主量子数之间的关系由以下公式给出：E = -13.6eV / n^2其中，-13.6eV是氢原子的电离能。
6. 玻尔半径公式玻尔半径（r）是描述电子轨道半径的物理量，它与氢原子的电离能（E）和光速（c）之间的关系由以下公式给出：r = h / (2πm_e c)其中，m_e是电子的质量。
7. 缝隙能和晶格常数的关系在固体物理中，缝隙能（E_g）与晶格常数（a）之间的关系由以下公式给出：E_g = h^2 / (8ma^2)其中，m是电子的有效质量。
8. 微扰理论的能量修正公式微扰理论是处理原子和分子量子态的重要方法。
根据微扰理论，能量的修正可以通过下面的公式给出：ΔE = ∑ |C_n|^2E_n其中，C_n是波函数在扰动态上的展开系数，E_n是未扰动态的能量。
原子物理学课件：第二章：原子的能级和辐射
2020/9/30
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实验装置示意图
单色光照射到作为正极的 金属板表面，引起光电子 的逸出。
在另一端加上负电压（减速势）V，它的大小是电子能量的直接
量度。如果从正极发射出来的电子的最大动能为
eV
eV0
1 2
m
vm2
1 2
m
vm2
，那么当
时，就没有一个电子能够到达负极，于是电流i为零。V0被称为遏
止电压。 2020/9/30
1 n2
),n
4,5, 6,
（4）布喇开系(红外):
1 RH ( 42
1 n2
),n
5, 6, 7,
（5）普丰特系（红外）:
RH
(
1 52
1 ),n n2
6, 7,8,
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3、里德伯公式 （1889年）
1 RH ( m2
1 n2
)
m=1,2,3……； 对每个m, n=m+1,m+2,m+3……构成谱线系
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5பைடு நூலகம்
从理论上分析，黑体腔壁可认为是由大量作谐振动的 谐振子(作谐振动的电偶极矩)组成
振动的固有频率可从(0-∞)连续分布，谐振子通过发 射与吸收电磁波，与腔中辐射场不断交换能量。
(2) 基尔霍夫定律 1859年
黑体辐射达平衡时，辐射能量密度E(v,T)随v的变化曲线 只与黑体的T有关，而与空腔的形状及组成材料无关。
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维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928)
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热辐射定律的发现 1911年 诺贝尔物理学奖获得者 斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移 律是测量高温、遥感和红外追踪等 技术的物理基础。
教科版物理必修三
教科版物理必修三教科版物理必修三是中国教育出版社出版的一本高中物理教材，主要面向高中三年级学生。
该教材内容丰富，涵盖了力学、热学、光学、电学和现代物理等多个物理学科的知识。
下面是教科版物理必修三的详细章节内容：第一章：机械振动与波动1. 机械振动：包括简谐振动、阻尼振动和受迫振动等内容。
2. 机械波动：包括机械波的传播、波的叠加、波的干涉和波的衍射等内容。
第二章：热学1. 热量与温度：包括热量的传递、温度的测量和热平衡等内容。
2. 热力学第一定律：包括内能、热机效率和热力学循环等内容。
3. 热力学第二定律：包括热力学不可逆过程、熵的概念和熵增定律等内容。
第三章：光学1. 光的反射与折射：包括光的反射定律、折射定律和光的全反射等内容。
2. 光的波动性：包括光的干涉、衍射和偏振等内容。
3. 光的粒子性：包括光电效应和康普顿散射等内容。
第四章：电学1. 电场与电势：包括电场的概念、电势的概念和电势能等内容。
2. 电流与电阻：包括电流的概念、欧姆定律和电阻的概念等内容。
3. 电路与电源：包括串联电路、并联电路和电源的概念等内容。
第五章：现代物理1. 原子物理学：包括玻尔原子模型、量子力学和波粒二象性等内容。
2. 核物理学：包括放射性衰变、核反应和核能等内容。
3. 固体物理学：包括晶体结构、导电性和磁性等内容。
教科版物理必修三的内容丰富，旨在帮助学生全面了解物理学的基础知识和基本原理，并培养学生的物理思维和实验能力。
通过学习该教材，学生将能够掌握物理学的基本概念、原理和应用，为进一步学习物理学打下坚实的基础。
2023年部编本高中物理新版教材课文目录
2023年部编本高中物理新版教材课文目
录
第一单元：力学
1. 课文一：运动与相对性
2. 课文二：牛顿第一定律
3. 课文三：牛顿第二定律
4. 课文四：牛顿第三定律
第二单元：热学
1. 课文一：热力学基础概念
2. 课文二：热传递与热平衡
3. 课文三：理想气体的状态方程
4. 课文四：热机原理
第三单元：光学
1. 课文一：光的反射与折射
2. 课文二：光的波动性与粒子性
3. 课文三：几何光学
4. 课文四：光的衍射与干涉
第四单元：电磁学
1. 课文一：电荷与电场
2. 课文二：电势与电势能
3. 课文三：电流与电路
4. 课文四：电磁感应与电磁波
第五单元：原子物理与核物理
1. 课文一：原子结构与原子模型
2. 课文二：放射性衰变与半衰期
3. 课文三：核能与核反应
4. 课文四：粒子物理学与宇宙学
以上是2023年部编本高中物理新版教材的课文目录。
每个单元都包含了若干课文，涵盖了力学、热学、光学、电磁学以及原子
物理与核物理等相关内容。
通过学习这些课文，学生将能够全面了解物理学的基础知识和核心概念，并培养科学思维和实验技能。
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c 0.1422c 42.63Mm / s
3-14
• 分别将波长为5000A和0.1A的光照射到某金 属上，求在90 °方向上康普顿散射的波长。
C 1 cos C 1 cos C 1 cos 90 C
C 1 cos hc
E
1 1 E E
1 1 90.37 MeV C 1 cos 1 1 cos 90 1 hc E 938.3MeV c 2 100 MeV c2 mp 2 mc 2 E E mpc E c2 v2 1 2 c v 1 1 E E 1 m c2 p c 1 2 1 100 MeV 90.37 MeV 1 938.3MeV 2 c 2 c
3-7
• 电子显微镜为了获得较高的分辨本领，通 常都使用很高的电压给电子加速，这时由 于电子的速度较大，因而必须考虑相对论 效应。证明考虑相对论修正之后电子的德 12.26 。 布罗意波长为
Vr A
• 其中Vr=V(1+0.978×10-6V)，称做相对论修 正电压。
eV Ek
p c m c m0c
• 试推导粒子在E<V0情况下其中能量E满足的 关系式； • 试利用上述关系式，以图解法证明，粒子 的能量只能是一些不连续的值。
2 d 2 V x x E x 2 2m dx 2mE 2 Ⅰ x A sin k1 x , k1 2 Ⅱ x Ce k2 x , x L 2 2m V0 E , k2 k2 x 2 Ⅲ x De , x 0 2 k2 k2 1 2 k cot k1 1 cot k1 L k2 k2 cot k L 2 1 k1 k1 k2 k1 L k1 L tan or cot k1 2 2
h 1 1 C 5000 A 500.0024nm me c h 2 2 C 0.1A 12.43 pm me c
。 。
3-15
• ，其中m 为粒子的静止质量。而电子的经典半径 re=e2/4πε0mec2，其中me是电子的静止质量。 • 分别计比，即re/a0和λC/a0，并 以 、c、e表示； • 根据已知的精细结构常数和玻尔半径的数值， 给出λC和re的数值； • 计算π介子的康普顿波长（π介子的静止质量为 140MeV/c2） 粒子的约化康普顿波长表示为 C
2
3-22
• 氢原子的2p3/2态的平均寿命是1.6 ×10-9s， 试求这个状态的能量不确定度（即能级的 自然宽度）。
E t , E 205.7neV 2 2t 2 1.6ns
3-26
• 粒子在一维对称势场中运动，势场的形式 如图，即
0 x L, V 0 x 0, x L, V V0
3-3
• 经过10kV电压加速的电子的德布罗意波长 是多少？如果用上述电压加速质子，其德 布罗意波长又是多少？
h h h = 12.26 pm p 2me eV 2me e 10kV h h h = 286.2 fm p 2m p eV 2m p e 10kV
3-5
3-1
• 铯的逸出功为1.9eV，试求： • 铯的光电效应截止频率及截止波长； • 如果要得到动能为1.5eV的光电子，需要用 波长为多少的光照射？
W 1.9eV h 0 W , 0 459.4THz h h c c 0 652.5nm 0 459.4THz hc hc Ek h W , 364.6nm Ek W 1.5eV 1.9eV c
• 若一个电子的动能等于其静止能量，求： • 该电子的经典运动速度是多少？ • 电子的德布罗意波长是多少？
1 2 2 2 2 me c Ek mc me c me c 1 2 v 1 2 c 3 v c 259.6 Mm / s 2 p mv 2me v 3me c h h 1.401 pm p 3me c
2 2 2 4 0 2 2
2
eV p 2m0 eV 2 c h h 1.226nm 7 p V 1 9.785 10 V eV 2me eV 1 2 2me c
3-9
• 若一个100MeV的光子被一个质子散射，计 算在90°方向上散射的光子的能量； • 求反冲质子的速度（已知质子的静止能量 为938.3MeV/c2）
mc
e2 re 4 0 me c 2 e4 2 2 2 2 2 2 4 0 2 a1 4 0 c me e 2 e me c e2 2 a1 4 0 4 0 c me e 2 53 pm re a1 2.818 fm 2 137.036 53 pm e a1 386.2 fm 137.036 h h 8.856 fm m c 140 MeV c c2