原子核物理-第二章
原子物理 第二章
第二章 原子的能级和辐射一、学习要点：1.氢原子光谱：线状谱、可分为若干线系，常见五个线系（记住名称、顺序）。
广义巴尔末公式)11(~22nm R -=ν、光谱项()2nR n T =、并合原则：)()(~n T m T -=ν 2.玻尔氢原子理论：(1)玻尔三条基本假设的实验基础和内容（记熟）实验基础：⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧氢原子光谱爱因斯坦光量子光电效应普朗克能量子黑体辐射-- 三条假设：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-=ππνϕϕ2h n P 2h P 3E E h E E 2......E E 1j i ij j i 21的整数倍，即等于—电子的角动量—能轨道下列条件的轨道才是可，只有满足电子在绕原子核运动中、角动量量子化条件：系：射，其频率满足如下关子形式发射单色辐的另一定态时，才以光具有较低能量的定态跃迁到子从具有较高能量、频率条件：只有当原会发生辐射。
电子虽有加速度，也不，相对应，在这些定态下、这些定态各与一定能量定状态，存在一系列不连续的稳、定态假设：原子只能(2)圆轨道理论（会推导）：氢原子中假设原子核静止，电子绕核作匀速率圆周运动02200202220A 529,04,Z Z 4≈===e m a n a n e m r e e n πεπε;13714,Z Z 40202≈===c e n c n c e n πεααπευ； ()n hcT n hc R n e m E e n -=-=-=∞22224220Z 2Z )41( πε，n ＝１.2.3……(3)实验验证：（a ）氢原子五个线系的形成)11(Z ~,)4(222232042n m R c h e m R e -==∞∞νπεπ (会推导）非量子化轨道跃迁 )(212n E E mv h -+=∞ν （b ）夫－赫实验：装置、.结果及分析；原子的电离电势、激发电势3.类氢离子（+++Li ,He ,正电子偶素.-μ原子等）(1) He +光谱:毕克林系的发现、波数公式、与氢原子巴耳末系的异同等(2)理论处理（会推导）：计及原子核的运动，电子和原子核绕共同质心作匀速率圆周运动ee m M m M +⋅=μ, 正负电荷中心之距Z e n r n 22204μπε =. 能量2242202Z )41(n e En μπε-=，里德伯常数变化M m R R e A +=∞11重氢（氘）的发现4.椭圆轨道理论索末菲量子化条件,q q pdq n h n =⎰ 为整数 a n n b n em a n e m E n p e n ϕϕϕπεπε==-==,Z 4,2Z )41(,2220224220 ，n n n ,,3,2,1;,3,2,1 ==ϕn 一定，n E 一定，长半轴一定，有n 个短半轴，有n 个椭圆轨道（状态），即nE 为n 度简并。
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
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（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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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
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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。
卢希庭原子核物理课后习题答案
1.1、实验测得某元素的特征Kα线的能量为7.88KEV，试求该元素的原子序数Z 解：由√ν=AZ-B E=Hν,其中E=7.88KEV,
1EV=1.602176462×10−19J ν=E/H=1.9×1018s−1
代入公式得Z≈29
1.2 用均匀磁场质谱仪，测量某一单电荷正离子，先在电势差为1000V的电场中加速。然后
5
B(197Au) = 79 × 7.289 + (197 − 79) × 8.071 − (−31.157) = 1559.366 MeV ϵ(197Au) = 7.916 MeV B(252Cf ) = 98 × 7.289 + (252 − 98) × 8.071 − 76.027 = 1881.219 MeV ϵ(252Cf ) = 7.465 MeV
解：设该古代人是t年前死亡的，由此可得：
N1 ·e−λt N2
= 0.8 ×
N1 N2
又λ = ln 2/T1/2
可得：t
=
− ln 0.8×T1/2
ln 2
则：t=1844.6a
2.10 已知人体的C含量为18.25%，问体重为63Kg的人体相当于活度为多少贝可勒尔和
微居里的放射源。
解：A
=
λN
=
值6.98 × 10−14(±7%)，试问该长毛象已死了多少年？若用放射性法测量，达到与上法相同
精度(±7%)，至少要测量多长时间？
解 ： 设 大 气 中14C 原 子 数 为N10，12C 原 子 数 为N20， 长 毛 象 肌 肉 样 品 中14C 原 子 数
为N1，12C 原子数为N2。
∴ = N10·e−λt
原子物理学第2章
目
CONTENCT
录
• 原子结构 • 原子光谱 • 原子力与分子结构 • 原子核物理 • 放射性与核辐射
01
原子结构
原子核与电子
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成，具有 正电荷。
电子围绕原子核运动，具有负电荷，与原子核的电 荷数相等但电性相反。
原子核的质量约占整个原子质量的99.96%，但体积仅 占原子体积的极小部分。
衰变过程中，原子核会释放出放射性射线，如α 射线、β射线和γ射线等。
3
衰变过程中，原子核的质子数和中子数会发生变 化，从而转变为另一种元素。
原子核的裂变与聚变
原子核的裂变是指一个重原子核分裂成两个或多 个较轻的原子核，同时释放出大量的能量。
聚变是指轻元素原子核融合成重元素原子核线是原子能级跃 迁产生的谱线，具有特 定的波长和强度，可用 于光谱分析和原子识别 。
共振线是当激发能级与 辐射能级接近时，由于 共振效应而产生的强辐 射线。
带光谱
95% 85% 75% 50% 45%
0 10 20 30 40 5
带光谱是由多个线光谱的叠加而成的连续光谱带，其 特征是具有明显的边缘和中心波长。
金属键
总结词
金属键是一种化学键，存在于金属原子之间，通过自由电子的相互作用而形成。
详细描述
金属键的特点是具有方向性和饱和性，对金属材料的机械性质和导电性等物理 性质有重要影响。金属键的形成是由于金属原子失去部分外层电子后形成的正 离子与其它金属原子的外层电子之间的相互作用。
04
原子核物理
原子核的结构
裂变过程中，中子起到关键作用，因为它们可以 轰击重原子核并引发裂变反应。
太阳和其他恒星通过聚变反应释放出巨大的能量 。
原子核物理课件第二章(杨福家版)
第2章 核力与核结构
• （3）幻数核的最后一个核子的结合能比幻数大1的最后一 个核子的结合能大得多。 • 如16O的最后一个中子的结合能为15.7MeV，而17O的最后 一个中子的结合能为4.2MeV，可见幻数核结合紧密。 • （4）中子数为50，82和126的原子核俘获中子的几率比 邻近的核素要小得多，说明幻数核不易再结合一个中子。 • （5）幻数核的第一激发态能量约为2MeV，比邻近核素 要大得多。
第2章 核力与核结构
• 2.幻数存在的实验根据 • （1）核素丰度 • 核素丰度是指核素在自然界中的含量，和邻近核 素相比，丰度的大小是核素稳定的一种标志。 • 偶数Z（Z>32）的稳定核素中，核素丰度一般都 不大可能超过50%，但是 38 Sr 的丰度为82.56%，
138 56 140 Ba 的丰度为71.66%， 58 Ce 的丰度为88.48%，
第2章 核力与核结构
• 利用理论计算，对于奇质子核的单粒子壳模型的 电四极矩为：
2 j −1 2 Q=− 〈r 〉 2( j + 1)
• 奇中子也会产生电四极矩，因为中子影响质子的 分布。
第2章 核力与核结构
• 习题： • 1.根据壳层模型决定下列一些核的基态自旋和宇
3 称： 2
He Li
7 3
第2章 核力与核结构
• （1）若最后两个奇核子的自旋和轨道角动量都是 平行的，即 • • • jn=ln+1/2 jn=ln-1/2 jp=lp+1/2 jp=lp-1/2
• 或者反平行，即 • 核的自旋大多数情况下是： I=jn+jp
第2章 核力与核结构
• （2）若最后两个核子中的一个核子自旋与轨道角 动量是平行的，另一个核子的自旋和轨道角动量 是反平行的，则核的自旋 •
2原子物理第二章-沈光先
第二章 原子的能级和辐射 二、新的规律-量子化 氢原子光谱的经验公式： 两边同乘 hc ：
RH RH v 2 2 m n
物 理 含 义
hcRH hcRH hcv 2 2 m n
左边：为每次发射光子的能量；
右边：也必为能量，应该是原子在辐射 前后的能量之差
h E2 E1
Rhc En 2 n
减少的能量以光子的形式辐射，
1 Rhc 2 h meV 2 2 n
频率连续分布,在线系限的短波方向。
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第二章 原子的能级和辐射
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第二章 原子的能级和辐射
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第二章 原子的能级和辐射
1 1 v RH 2 2 n m
并合原则：
v T (m) T (n)
每一谱线的波数差都可表达为二光谱项之差
令：
RH T ( m) 2 m
RH T ( n) 2 n
光谱项
这些经验公式是否反映了原子内部结构的规律性？？
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第二章 原子的能级和辐射
原子的能量仍采用负值， 则原子能量的一般表示：
RH hc Em m2
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第二章 原子的能级和辐射 玻尔基本假设(1913年) (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。
电子轨道和能量分立
1 Ze2 En 2 4π 0 rn
原子物理第二章1
3. 同一个n值下 nr， n 可能的取值
n =1，2，3，…，n
nr =n-1,n-2,n-3, …，0
对一个n 值，有n个可能的 n nr 值，也就是有
n n个轨迹，其中 n= , nr =0 对应与圆轨道。
2. 能量与简并
a
E
1
•
(r 2
r2
2)
1
2 2
4
e4Z 2
0 2 h3c
1
n12
1 n22
RA
2
4
2 e4
0 2 h3c
2 2e4 Z 2
4 0 2 h3c
1 1 m
当 M 时有
M
R
2 2e4Z 2
4 0 2 h3c
RA
R
1 1 m
M
结论： 各种原子的里德伯常数是不同的，是随着原 子核的质量M而改变的。
较准确的 R ： R 10973731 m1
~
RHe (
1 22
1 k2
)
k n 5 ,3, 7 ,4, 9 即，k为半整数
22 2 2
２．玻尔理论的解释
v~
z
2
RHe
1 n12
1 n22
4RHe
1 n12
1 n22
设，n1＝４，则，n2＝５,６,７，…
有
v~
4RHe
1 42
1
n2 22
令n=n2/2,则
v~
RHe
1 22
n
1 2 2
质量
m m0
1
v2 c2
动能 ：
T m0c2[
1
高中物理第2章原子结构章末整合课件鲁科版选修
2023
PART 03
原子光谱与能级
REPORTING
原子光谱的分类
发射光谱
原子释放出特定频率的光，形成 的光谱。根据光谱线的特征，可 以推断出原子的种类和状态。
吸收光谱
原子吸收特定频率的光，形成的 光谱。在吸收光谱中，某些特定 频率的光被吸收，形成暗线或暗 带。
能级与跃迁
能级
原子中的电子在不同的状态或轨道上 运动，这些状态或轨道具有不同的能 量值，称为能级。能级的大小取决于 电子的能量。
REPORTING
原子结构实验方法
01
02
03
粒子散射实验
通过观察粒子在金属箔中 的散射情况，研究原子内 部结构。
原子光谱实验
通过观察不同元素发出的 光谱，分析原子能级结构 。
核磁共振实验
利用磁场和射频波，研究 原子核的自旋和磁矩。
原子结构测量技术
原子能谱测量
通过测量原子发射或吸收 的能量，推算原子能级结 构。
原子核的密度极高，约为10^17 kg/m³，远大于其周围电子云的密度 。
原子核的半径约为其所在元素原子半 径的1/10，而其质量约为其所在元素 原子质量的99.95%。
放射性元素的性质
放射性元素能够自发地放出射线 ，包括α射线、β射线和γ射线等
。
放射性元素的半衰期是指其原子 核数量减少到原来的一半所需的 时间，是放射性元素的重要特征
分子的性质与变化规律
分子的性质
分子的性质主要取决于其组成原子的性质和成键方式。例如 ，分子的稳定性、熔沸点、颜色等都与其成键方式有关。
分子的变化规律
在一定的条件下，分子会发生化学变化，形成新的物质。这 些变化规律是化学反应的基础，也是我们认识物质、改造物 质的基础。