《原子物理学》(褚圣麟)第一章 原子的基本状况.ppt

原子物理的研究对象、内容、研究方法 研究对象 原子物理学属近代物理学课程，它是研究物质在原子层次内由什么组成，它们如何作用，发生什么样的运动形态的理论。即主要研究原子结构与性质及有关问题。它是关于物质微观结构的一门科学。 研究内容 由原子物理和原子核两部分组成。 原子物理部分从原子光谱入手，研究价电子的运动规律；从元素周期律和X射线入手研究内层电子的运动规律和排布。 原子核部分主要研究核的整体性质、核力、核模型、核衰变、核反应、核能的开发和利用、以及基本粒子的一些知识。 研究方法： 从光谱及实验资料入手，提出假设，建立模型，然后再进行实验验证，最后形成理论。正如恩格斯所说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。” 原子物理学的发展历史 1.古代的原子论： 中国古代的原子论（墨子-“端”） 古希腊的原子论（德漠克利特） 2. 近代原子说（道尔顿） 3. 19世纪末—20世纪初的原子说（卢瑟福、玻尔） 4. 量子力学和现代原子物理学 （薛定谔、狄拉克） 原子物理学的地位、作用和研究前景 1.原子物理学在材料科学中的应用 2.原子物理学在宇观研究领域中应用：星际分子、宇宙起源等 3.原子物理学在激光技术及光电子研究领域的应用 4.原子物理学在生命科学领域中的应用 5.原子物理学化学研究领域的应用 ……… 学习原子物理学应注意的问题 1.实践是检验真理的标准 2.科学是逐步地不断地发展的 3.对微观体系不能要求都按宏观规律来描述 4.要善于观察、善于学习、善于动脑、开拓进取，不断创新 电子电荷的精确测定是在1910年由R.A.密立根（Millikan）作出的，即著名的“油滴实验”。 e 1.座机电话号码×10-19C， m 9.1093897×10-31kg。 库仑散射公式反应出b和?的对应关系 。b小， ?大； b大，?小。 要得到大角散射，正电荷必须集中在很小的范围内，?粒子必须在离正电荷很近处通过。 问题：b是微观量，至今还不可控制，在实验中也无法测量，所以这个公式还不可能和实验值直接比较。 考虑核的反冲运动时,必须作两体问题处理，引入折合质量 可化为μ在固定力心库仑场中的运动，故散射公式做相应的修正 2 2 1 4 , 2 ctg 2 c k c c c E e Z Z a a b o pe q 散射公式为 讨论 6. 卢瑟福散射公式 库仑散射公式对核式模型的散射情形作了理论预言，它是否正确只有实验能给出答案，但目前瞄准距离b仍然无法测量。因此必须设法用可观察的量来代替b，才能进行相关实验。 卢瑟福完成了这项工作，并推导出了著名的卢瑟福公式 卢瑟福散射公式推导 环形面积： → → 问题：环形面积和空心圆锥体的立体角之间有何关系呢? 空心锥体的立体角： d?与d?的对应关系 ： 公式的物理意义：被每个原子散射到???+d?之间的空心立体角d?内的?粒子，必定打在b?b-db之间的d?这个环形带上 。 d?称为有效散射截面 膜中每个原子的 ，又称为微分截面。 近似：设薄膜很薄，薄膜内的原子核对射来的粒子前后不互相覆盖。 设有一薄膜，面积为A，厚度为ｔ，单位体积内的原子数为N，则薄膜中的总原子数是： 则N’个原子把?粒子散射到d?中的总有效散射截面为： 所以d?也代表?粒子散射到　　　　之间的几率的大小，故微分截面也称做几率，这就是d?的物理意义。将卢瑟福散射公式代入并整理得： 如果有n个?粒子射在薄膜的全部面积上，其中有dn个散射到θ和θ+d θ之间的dΩ中，那么这些?粒子必定落在dΣ上。 7. 卢瑟福理论的实验验证 从上式可以预言下列四种关系： （1）在同一?粒子源和同一散射物的情况下 2 用同一?粒子源和同一种材料的散射物，在同一散射角， 3 用同一个散射物，在同一个散射角， 4 用同一个?粒子源，在同一个散射角，对同一Nt值， 第1章 原子的基本状况 * * * LOGO 课程说明 原子物理学是物理学专业的一门重要基础课程。它上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。 在内容体系的描述上，原子物理学采用了普通物理的描述风格，讲述量子物理的基本概念和物理图象，以及支配物质运动和变化的基本相互作用，并在此基础上，利用量子力学的思想和结论，讨论物质结构在原子、原子核以及基本粒子等结构层次的性质、特点和运动规律。 原子物理课程分为三个层次：第一是成熟、已有定论的基本内容，要求学生掌握并能运用；第二是目前已取得必威体育精装版研究成果，要求学生掌握其物理概念和物理图象；第三对于前沿研究课题内容，要求学生了解其研究方向。在内容上，它由原子物理和原子核两部分组成。 主要讲授：绪论、原子的基本状况、原子的能级和辐射、量子力学初步、碱金属原子、多电子原子、磁场中的原子、原子的壳层结构、X射线