原子物讲义理学课件 (11)
2015届高中物理原子物理讲义
2015届高中物理原子物理讲义基础知识讲解一．波粒二象性1.能量量子化2.光电效应3.康普顿效应4.粒子波动性二．原子结构1.电子的发现2.原子核式结构3.波尔氢原子模型4.光谱三．原子核1.原子核组成2.放射性元素的衰变3.人工核反应4.核力与结合能5.核裂变与核聚变习题精选波粒二象性1.红光和紫光相比（）A. 红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B. 红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C. 红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D. 红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小2．关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（）A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应3．用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂三种金属，从铯中发射出的光电子的最大初动能是2.9eV，从锌中发射出的光电子的最大初动能是1.4eV，铂没有光电子射出，则对这三种金属逸出功大小的判断，下列结论正确的是（）A．铯的逸出功最大，铂的逸出功最小 B．锌的逸出功最大，铂的逸出功最小C．铂的逸出功最大，铯的逸出功最小 D．铂的逸出功最大，锌的逸出功最小4．当具有5.0eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV 。
为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为（ ）A ．1.5eVB ．3.5eVC ．5.0eVD ． 6.5eV5． 在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（ ）A ．光的折射现象、偏振现象B ．光的反射现象、干涉现象C ．光的衍射现象、色散现象D ．光电效应现象、康普顿效应6．关于光的波粒二象性的理解正确的是（ ）A ．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B ．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C ．高频光是粒子，低频光是波D ．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著7．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是（ ）A ．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B ．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C ．麦克斯韦预言光是一种电磁波D ．光具有波粒二象性8．一金属表面，爱绿光照射时发射出电子，受黄光照射时无电子发射．下列有色光照射到这金属表面上时会引起光电子发射的是（ ）A ．紫光B ．橙光C ．蓝光D ．红光9．用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大就应A ．改用红光照射B ．增大绿光的强度C ．增大光电管上的加速电压D ．改用紫光照射10、频率为v 的光子，德布罗意波长为λ=h/p ，能量为E ，则光的速度为 ( )A ．E λ/hB ．pEC ．E/pD ．h 2/Ep11、2002 年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙 X 射线源． X 射线是一种高频电磁波，若 X 射线在真空中的波长为λ，以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以 E 和 p 分别表示 X 射线每个光子的能量和动量，则（ ）A.E=h λc ,p=0B.E= h λc ,p= h λc 2C. E= hc λ ,p=0,D.E= hc λ ,p= h λ12．如下图所示，一验电器与锌板相连，在A 处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。
原子物理学课件 (11)
3
AL , S 2
{ -1 (1+1)- 1(1+1) } 2 AL , S
EL, S ( P , J 1) 1
3
AL, S 2 AL,S
{ 1(1+1)-1 (1+1)- 1(1+1) } AL, S
EL, S ( 3 P2 , J 2)
第一个电子s： 第二个电子p： l1 =0 ； l2 =1 ； s1=1/2 s2=1/2
L1 =1 ；
１Ｐ １ 2,1.0
S1= 0, 1
J1= 1）; J1= 2, 1, 0 ）
（ S1 = 0, （ S1 = 1,
L1 = 1, L1 = 1,
３Ｐ
第二步 , １Ｐ１和 p ；
１Ｐ
３Ｐ
2,1.0 和
对比 LS 偶合： S 0 ， S1 （能级数相同，J 值相同）
1
3
再例：sp电子组态：
s:
p: 对：
l1 ＝0; s1 ＝1/2；J1 ＝1/2
l2 ＝1; s2 ＝1/2；J2 ＝3/2, 1/2 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
2
{ 2(2+1)-1 (1+1)- 1(1+1) } AL, S
EL, S（3P2）> EL, S （3P1）> EL, S （3P0）
又如： np= np1 电子, 2P3/2, 1/2 ， AL，S > 0，
EL, S （2P3/2）>E （ 2P1/2 ） 但是， np5 np1 电子，AL，S < 0,
原子物理学课件第1-3章
1 2 1 2Ze 2 Mv Mv 2 2 4 0 rm
有心力场中，角动量守恒
2
Mvb Mvrm
2Ze2 1 14 rm (1 ) ~ 10 m 2 4 0 Mv sin 2
5.对a粒子散射实验的说明
（1）散射截面的问题
（2）大角散射和小角散射的问题 （3）核外电子的问题
的粒子所对应的一个原子的有效截面dσ。 一个粒子打在d 的可能性多大?
4 Mv
a
2 2 2
Ze 4 sin 4 0 2
d
1
Mv
2 2
sin
4
d
问题:
设：靶的面积为A，厚度 t 很小（前后不遮蔽） 单位体积内原子数为N。 靶子共有原子总数是 N A t N 对每个原子有一个---- dσ 总有效散射面积------- d N d N Atd
1896年，贝克勒耳发现放射性
1897年，汤姆逊发现电子 1900年，普朗克黑体辐射理论 1911年，卢瑟福原子模型 1913年，波尔氢原子理论
《原子物理》的研究内容： （1）原子.分子结构.性质. 运动规律及相互作用。 （2）以及由此如何决定物体宏观性质等问题. 重点：单（价）电子原子 双价电子原子
（1）单次散射 （2）靶核不动 （3）只有库仑力 （4）电子作用忽略
（2）卢瑟福公式 打在 b~b+db上
落在 d环内
散射截面：
db b
d
dR
R
d 2bdb b
d
2
b
r
2
1 1 dS 2 RdR 2 ctg d d 2 2 2 2 2 2 2 sin / 2 r r Mv
《原子的构成》 讲义
《原子的构成》讲义一、原子的发现在人类探索物质世界的漫长历程中，对原子的认识经历了一个逐渐深入的过程。
早在两千多年前，古希腊哲学家德谟克利特就提出了“原子”的概念，他认为物质是由不可再分的微小颗粒——原子组成。
然而，这仅仅是一种哲学上的思辨，缺乏科学的实验依据。
直到 19 世纪初，英国科学家道尔顿提出了近代原子学说，他认为原子是构成物质的基本粒子，且不可再分。
但随着科学技术的不断进步，人们逐渐发现原子并不是不可分割的。
1897 年，英国物理学家汤姆逊发现了电子，这一发现打破了原子不可再分的观念。
汤姆逊提出了“葡萄干布丁”模型，认为原子就像一个带正电的布丁，电子则像葡萄干一样镶嵌在其中。
二、原子的构成现代科学研究表明，原子是由居于原子中心的原子核和核外电子构成的。
原子核带正电荷，由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子不带电。
质子的数量决定了原子的种类，我们将其称为原子序数。
电子带负电荷，围绕着原子核高速运动。
电子的数量与质子数相等，使得原子整体呈电中性。
原子核的体积很小，但却集中了原子的绝大部分质量。
如果把原子比作一个巨大的体育场，原子核就如同场中央的一只蚂蚁。
三、质子质子是原子核中的重要组成部分，其质量约为16726×10⁻²⁷千克。
每个质子都带有一个单位的正电荷，其电荷量为1602×10⁻¹⁹库仑。
不同元素的原子，质子数不同。
例如，氢原子的原子核中只有一个质子，而氧原子的原子核中有 8 个质子。
四、中子中子的质量与质子相近，也约为 16726×10⁻²⁷千克。
中子不带电，它在原子核中起着稳定原子核结构的作用。
对于同一元素的不同原子（同位素），质子数相同，但中子数不同。
比如氢元素有氕、氘、氚三种同位素，氕原子没有中子，氘原子有一个中子，氚原子有两个中子。
五、电子电子的质量非常小，约为 9109×10⁻³¹千克，只有质子质量的1/1836。
原子物理学X射线ppt课件
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X射线的 发现 X射线的 产生
2
第一节：X射线的发现
那么,线度大约在
的原子10是1否0 m真的不可再分割了？
十九世纪末，连续三年的三大发现，首开了人们向微观世界进军 的先河。
X射线的 发现
它们是： 1895年德国的 Rontgen发现X射线；
(BaPt(CN)6)
第 六
伦琴马上意识到,这可能是一种前所未有的新射线，
章
:
X
经检查发现,射线来自阴极射线管管壁。
射
线
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结晶物 下一页
X射线的 发现 X射线的 产生
5
第一节：X射线的发现 令人惊奇的是
当用木头等不透明物质挡住这种射线时，荧光屏仍然发光，
而且这种射线能使黑纸包住的照相底片感光，不被电磁场偏转。 经过一个多月的研究，他未能搞清这种射线的本质，
:
X 射
由图可见，当阳极材料不变时， 方向移动。
和
线
随管压V的m 升i n 高都向I 短m a x波
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标示谱
12
第二节：X射线的产生机制
2）连续谱与阳极材料的关系（电压不变） 前图表示管压为35KV时，用钼和钨作靶材料时的I～λ曲线。由
图可见 与靶无关。是由管压V决定的。
m in
连续谱产生的微观机制
X射线的 发现
X射线的 产生
第 六
因此赋予它一个神秘的名字
章
--X射线。
:
1895年12月28日，伦琴向德国物理学医学会递交了第一篇关于X射
X 线的论文，《论新的射线》，并公布了他夫人的X射线手骨照片。
原子物理课件
2. 氢原子光谱实验规律
• 线状光谱
• 五个线系：赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系和
普芳德系等
• •
谱线的波数归结为广义巴尔末公式
氢原子光谱项
T (n)
RH n2
~
RH
(
1 k2
1 n2
)
• 并合原则 ~ T (k) T (n)
学习指导
原子光谱是线状谱？广义巴尔末公式中的正整数代表了原子内部哪些信息？
• 为什么？
一、玻尔基本假设
•巴斯德说： 在观察的领域中机 遇只偏爱那种有准备的头脑。
•爱因斯坦说：想象力比知识
更重要，因为知识是有限的， 而想象力概括着世界上的一切， 推动着进步，并且是知识进化 的源泉。严格地说，想象力是 科学研究中的实在因素。
• 玻尔(N. H. D. Bohr,1885-1962)
2.玻尔基本假设
定 原子中存在一系列不连续的稳定状
态 假
态,简称定态。这些定态各与一定的 能量E1,E2相对应，在这些定态 下，电子虽作加速运动，但不向外
设 辐射能量。
频 原子从一个能量Ei的定态跃迁到能
率 条 件
量Ej的定态时，会发出（或吸收） 一个光子，这个光子的频率满足 下列关系：
h Ei E j
恩格斯 说：只 要自然 科学在 思维着， 它的发 展形式 就是假 说。
圆轨道量 子化条件
处于定态时，电子绕核运 动的角动量, 必须满足:
h 导
•定态假设回答了原子的哪些问题？（原子稳定性） •频率条件回答了原子的哪些问题？（原子发光）
量子史话
• 1900年普朗克发表了著名的量子假说，但 当时很少有人注意他的文章，更不用说理 解它了，就连普朗克本人也不喜欢自己的 “量子”。他与很多人一起想把量子纳入 经典轨道。可是，爱因斯坦却认真对待这 一革命性的观念。他在提出狭义相对论的 同年（1905年）明确提出了光量子的概念。 无独有偶，爱因斯坦的论文同样不受名人 的重视；甚至到了1913年德国最著名的四 位物理学家（包括普朗克在内）在一封信 中还把爱因斯坦的光量子概念说成是“迷 失了方向”。可是，当时年仅28岁的丹麦 物理学家N.玻尔却创造性地把量子的概念 用到了人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型， 连续发表了三篇关于原子结构和光谱的文 章，解释近30年的光谱之迷。
原子物理学褚圣麟PPT课件
Z*e
r
H
e•
v
m
Z*e
H
r •e
轨道角动量 pl mvr sin
附加能量
Bpl
s
Els p jsB cos
p s
cos
B
0Z *ev
4πr 2
sin
p2j pl2 ps2
2 pl ps
第22页/共42页
4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用
➢ 附加能量按相对论处理结果（1925年）
n 相同，l 不同的能级高低差别很大
第8页/共42页
4.1 碱金属原子的光谱
例 Na 原子的基态为3S，已知其共振线波长为 589.3nm, 漫线系第一条的波长为819.3nm, 基线系第 一条波长为1845.9nm, 主线系的系限波长为241.3nm, 试求 3S、3P、3D、4F 各谱项的项值。
p,l 1 n* 1.960 2.956 3.954 4.954
T
12202. 5 6862. 5 4389. 2
d,l 2 n*
2.999 3.999 5.000
f ,l
3
T
n*
6855. 5 4381. 2
4.000 5.004
3499. 6 2535. 3
5.599 6.579
3094. 4 2268. 9
V
1.85V
辅线系
~
n
~
R n*2
n*
~
n
~
E hc
第一激发 态能量
eU2
E
hc
5.6 4 8 81 019 J
U2 3.52V U U1 U2 5.38V
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原子物理学杨福家ppt课件
n 2d cos 2asin cos asin 2 asin
n a sin ——布拉格公式。
因此由加速电压就可以求得波长。将波长带入布拉 格关系式中，得
n1.226 a sin
Ek
E1 2 k
n 1.226
a sin
nk
所以上式中右端是一个常数的整数倍。式子表示， 当V值逐渐变化，其平方根等于一个常数的整数倍时，接 收器收到的电子数量应增加。这与实验结果符合得很好。
射的图样，并证明了测量准确度范围内 h p 的正确性。
实验原理
衍射图象
1937年，戴维逊和汤姆逊因电子的衍射现象，证实了 电子波而共同获得了诺贝尔物理学奖。
此后，琼森(Jonsson)实验作了大量电子的单缝、双 缝、三缝和四缝衍射实验。
单缝 双缝 三缝 四缝
基本 a 0 .3μ m d 1μ m 数据 V 5 0 kV 5 .0 1 0 3 n m
(2)当不变时，I与V的关系如 右图，当V改变时，I亦变；而 且随着V周期性的变化。
电子在晶体中的散射是射线 的一个特例，这时的散射平面既 是一个镜面，又是一个晶面，这 种面被称为布拉格面，所产生的 衍射又称为布拉格衍射。由两平 面衍射的波应该有相同的位相， 就是说两束波的波程差应该等于 波长的整数倍。
在玻尔理论中，原子中的电子的角动量、能量都只
能取一些值的整数倍，如电子轨道的角动量 L n ，
他认为这种整数现象是波的特征，如波的衍射现象。
在1923年9-10月，德布罗意一连写了三篇论文，提 到所有的物质粒子都具有波粒二象性，认为任何物体伴随 以波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。
给出粒子的动量p与这伴随着的波的波长λ之间的关 系为：
原子物理ppt课件
α r
r r
2
r
O
r
α > 0 斥力 α < 0 引力
守恒 守恒
V=
α
r r⊥L
x
1 2 α E = mv + 2 r
L
M = r×F = 0
L = r × mv
O
r
mr 2 = L & m 2 2 2 α & & (r + r ) + = E 2 r
& = L mr 2
m 2 L2 α & r + + =E 2 2 2mr r
m = 1 n = 2, 3, 4, K
m = 2 n = 3, 4, 5, K
m = 3 n = 4, 5, 6, K m = 4 n = 5, 6, 7, K m = 5 n = 6, 7, 8, K
原子光谱特点： 原子光谱特点： 分立线光谱 波数可表示为两光谱项之差
§3．玻尔氢原子理论
1．原子行星模型的困难 me
原子物理 Physics） （Atomic Physics）
1．原子结构和玻尔模型 2．单电子原子 3．多电子原子
古代原子学说
B. C. 4世纪 4世纪
Democritus
原子（Atom） 组成物质的最小单元， 原子（Atom） 组成物质的最小单元，永恒不变 机械原子学说 17世纪 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 原子的运动是机械位移， 困难：不能解释光、 困难：不能解释光、电、热等物理现象和燃烧等化学过程 Newton
cot
θ
2
= tan r →∞
cot
《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