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第一章原子的基本状况

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原子物理_总结

原子物理_总结

Be ,~

RBe
4
2

1 m2

1 n2

2. 原子核运动对里德堡常数的影响
2 2e4
2 2me4
1
RA (40 )2 h3c (40 )2 h3c 1 m
M

R
1 1 m
M
3、 索末菲理论
量子化通则
pdq nh n 1,2,3,
气体分子发出， 谱线分段密集， 形成一个个带。
二、氢原子光谱
巴耳末公式

=B
n
n2 2
4
n 3, 4,5,...
令 % 1 , ṽ 称为波数，巴耳末公式可改写为
%
1


1 B
n2 4 n2

4 B
1 22

1 n2


RH
1 22

1 n2

n 3, 4,5,...
原子物理学
课程总复习
第一章 原子的基本状况
一、了解汤姆逊原子模型
• 1903年英国科学家 汤姆逊提出 “葡萄干 蛋糕”式原子模型或
称为“西瓜”模型。
卢瑟福的粒子散射实验
放射源
放射源为放入一小铅盒中的少量放射性元素钋，用来产生α粒子。 轰击对象金箔为微米级薄片。荧光屏为接受屏，其后有显微镜可观 察到发生的现象。荧光屏和显微镜可以围绕金箔在一圆周上运动，
巴耳末系
氢原子光谱的其他线系
1914年 赖曼发现 赖曼系：
1908年 帕邢发现 帕邢系：
~

RH
1 (12

1 n2
),
n

原子物理学总复习

原子物理学总复习
原子物理学总复习
段正路
2014年
1
第一章 原子的基本状况
重点： 1，原子的核式结构 2，α粒子散射实验的意义
2
1、卢瑟福的原子核式模型
原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中央一 个很小的体积内，称为原子核。原子中的电子在核的周围 绕核运动。
2. α粒子的散射实验：
α粒子被静止核的库仑场散射的角度θ由下式决定
• Z：质子数 • A: 质量数
C4 0
20
a
原子核的角动量
P 核 LnSnLpSp
P核 I(I1)h
原子核的磁矩
I g
I(I1) he 2M
38
原子核的统计性：A为奇数的原子核属于费米子；A为偶 数的原子核属于玻色子。
原子核的结合能
E [Z m p (A Z )m n m 核 ]C 2 或 E [Z m H (A Z )m n m 原 子 ]C 2
r rr 总角动量 JLS JLS,LS 1 ,......,LS
L LS耦合下的原子态符号表示:
2S 1
s=0，单重态
J s=1，三重态
能级排布规则
洪特定则 朗德间隔定则
17
j-j 耦合
rjrj21 rrll12srsr12 rr r Jj1j2
j1 l1 s 1 ,l1 s 1 1 ,....,l1 s 1 j2 l2 s 2 ,l2 s 2 1 ,....,l2 s 2 Jj1j2,j1j2 1 ,....,j1j2
% 1R (m 12n 1 2)Tm Tn
R — 里德堡常数；T(m) —光谱项。
光谱线系 m = 1，n = 2、3、4…，赖曼系（紫外） m = 2，n = 3、4、5…，巴尔末系（可见光） m = 3，n = 4、5、6…，帕邢系（红外） m = 4，n = 5、6、7…，布喇开系（远红外）

褚圣麟版《原子物理》期末复习

褚圣麟版《原子物理》期末复习
d表示入射粒子被靶的一个原子散 射到θ → θ +d θ之间的立体角dΩ内 的散射截面，即每个靶原子对散射 几率的贡献，称为有效散射截面。
设有一薄膜，面积为A，厚度为ｔ，单位体积内的原子数为N
， 则被散射到dΩ内的粒子数dn占总入射粒子n的百分比，也 即是粒子被散射到dΩ内的几率：
dndNtd
nA
3
1
4. 库仑散射理论
（1）库仑散射公式：
Z1
b a ctg
22
其中 a Z1Z2e2
4 0EK
EK
1 Mv2 2
带电粒子的库仑散射
成立的假设条件：1）只发生单次散射；2）只有库仑相 互作用；3）核外电子的作用忽略不计；4）靶核静止不 动。
2
（2）卢瑟福散射公式
d(410)2(M Z22 e)v2sdi 4n2
2、电子自旋
电子自旋运动的量子化角动量为
ps s(s1) pszms12
自旋量s子 1数 2
所以 ms 12
9
第五章 多电子原子
1、氦原子光谱和能级 掌握氦原子光谱和能级的特点。（p145）
2、两个电子的耦合 （1）电子组态 n1l1n2l2------
L-S耦合： (s1s2…)(l1l2…)=(SL)＝Ｊ
8
第四章 碱金属原子与电子自旋
1、碱金属原子光谱和能级
（1）四组谱线-------主线系（nP-2S）,第二辅线系（nS2P）第一辅线系：（nD-2P）,柏格曼系(nF-3D） （2）三个终端------（2S,2P,3D） （3）两个量子数---------n，l （4）一条跃迁选择定则Δl=±1.
2. 掌握原子核的放射性衰变规律及衰变常数，半衰期等概 念。

放射物理与防护全套

放射物理与防护全套
图47及下图是在管电压和其他条件不变的情况下，管电流 对X线量的影响。图中看到100mA和250mA的两条曲线，其X 线最短波长和最长波长都完全一样，只是曲线下所包的面积 不同。显然管电流大的X线量大，反之就小。
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21
半衰期： 放射性核素的数目减少到原来的一半所需要的时间称之。
放射性活度 ： 单位时间内原子核衰变的数目称为放射性活度(radioactivity)， 简称活度。
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22
第二章 X线的产生
一、X线的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。 X线的发现在科学史上是个极其重大的事件，它给人类历 史和科技发展带来巨大的影响，并由此开创了物理学和 影像医学的崭新时代。
散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
4、韧致辐射 电子在介质中受到阻滞、急剧减速时，将部分能量转化为
电磁辐射(即X射线)，称为韧致辐射，又称连续辐射。
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36
（二）连续X线 对X线管发出的X线进行光谱分析，发现它由两种成分组
成，一种X线谱是连续的，称为连续X线；另一种则是线状 的，称为特征X线。可见X线是由这两种成分组成的混合射 线。
X线成像技术与后来发展起来的核医学成像、超声成 像、X线CT、磁共振成像、热图像、介入性放射学和内 镜等技术共同组成现代医学影像学的崭新领域。
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二、X线的产生条件
电子源 使电子在某个空间高速运动 靶
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三、X线产生装置
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电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。

张东海原子物理学考点总结

张东海原子物理学考点总结

原子物理学考点总结第一章 原子的基本状况（总结）一、 原子的大小和质量1、 原子的大小各种原子有不同的半径，其数量级均为10-10m.2、 原子的质量在化学和物理学上原子的质量通常用它们的相对质量来表示，质量单位为12C 的质量的1/12。

二、 原子的组成1、E. Rutherford 原子核式结构模型原子是由原子核和核外电子组成：原子核处于原子的中心位置，其半径在10-15m 到10-14m 之间，原子核带正电荷，其数值为原子序数乘单位电荷数值；电子分布在原子核外，分布半径为10-10m 。

2、E. Rutherford 原子核式结构模型的验证1）、库仑散射公式（1）式中：M 为α粒子的质量，v 为α粒子的速度，Z 为原子核的电荷数，θ为散射角，b 为碰撞参数。

公式（1）无法直接和实验进行比较。

2）、E. Rutherford 散射公式2sin )()41(422220θπεσΩ=d Mv Ze d （2）式中：d σ称为微分散射截面，其物理意义是α粒子散射到θ-θ+d θ之间立体角为d Ω内每个原子的有效散射截面。

公式的实用范围θ=450-1500.3、 原子核的大小估计利用E. Rutherrford 散射理论可以估计出原子核的大小，即α粒子距原子核的最近距离：))2s i n (11(241220θπε+=Mv Ze r m 由于E. Rutherford 散射公式在θ=1500时仍有效，所以取θ=1500。

第二章、原子的能级和辐射（玻尔氢原子理论）一、 玻尔理论1、玻尔理论的基础1）、氢原子光谱的经验规律氢原子光谱的波数的一般规律：)11(~22nm R v H -= （1） 式中:m=1,2,3,…;对每一个m,n=m+1,m+2,m+3,….4354） 、原子的核式结构模型2、玻尔理论电子绕原子核运动体系的总能量：r Ze E 24120πε-= （2） 考虑到光谱的一般规律，（1）式两边同乘hc 则有：)()11(~2222m hcR n hcR n m hcR h v hc H H H ---=-==ν (3) 如果原子辐射前的能量E 2,辐射后的能量为E 1(E 1<E 2)，辐射放出的能量为：12E E h -=ν (4)比较(3),(4)式，原子的能量取负数，则有：2nhcR E H -= (5) 考虑到原子的结构，玻尔提出下列假定：假定1：原子中能够实现的电子轨道必须符合下列条件6.131-=E eV由氢原子波数公式，可以得出氢原子的里德伯常数：ch me R H 32042)4(2πεπ= 考虑到原子核的质量不是无限大的，原子核也是运动的，则里德伯常数变为：M m R Mm c h me R A +=+=∞1111)4(232042πεπ 10973731=∞R m -13、玻尔理论的验证1）氢原子的第一玻尔半径的理论值为a 1=0.529×10-10m ，这与原子的大小的数量级是一致的。

《原子物理学》(褚圣麟)第一章 原子的基本状况

《原子物理学》(褚圣麟)第一章 原子的基本状况

4. 量子力学和现代原子物理学 （薛定谔、狄拉克）
第1章 原子的基本状况
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
第1章 原子的基本状况
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=1.60217733×10-19C， m=9.1093897×10-31kg。
质量最轻的氢原子：1.673×10-27kg 原子质量的数量级：10-27kg——10-25kg 原子的半径－ 10-1０ m（0.1nm）
3
3
3 A
元素 Li Al Cu S Pb 7
原子量
质量密度 ρ /(g/cm3) 0.7 2.7 8.9 2.07 11.34
原子半径 r/nm 0.16 0.16 0.14 0.18 0.19
10-10m=1Å=0.1nm数 量级。
27 63 32 207
第1章 原子的基本状况
2、电子 电子的发现并不是偶然的，在此之前已有丰富的积累。 1811年，阿伏伽德罗（A.Avogadno）定律问世，提出 1mol任何原子的数目都是N A个。 1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定律，1mol任何 原子的单价离子永远带有相同的电量-即法拉第常数， 1874年，斯迪尼（G.T.Stoney）综合上述两个定律，指 出原子所带电荷为一个电荷的整数倍，并用“电子”来命 名这个电荷的最小单位。但实际上确认电子的存在，却是 20多年后汤姆逊（J.J.Thomson）的工作； 1897年，汤姆逊（J.J.Thomson）发现电子：通过阴极 射线管中电子荷质比的测量，汤姆逊（J.J.Thomson）预 言了电子的存在。

第一章 原子的基本情况


部分原子的原子量



氢 1.00794u 钠 22.9898u 碳 12.01115u 钾 39.102u 氧 15.9994u 铁 55.847u 铜 63.546u 银 107.868u
知道了原子量，可以求出原子质量的绝对值。 如果以Ａ代表原子量，Ｎ 0 代表阿伏伽德罗常数， MA代表一个原子的质量绝对值，那么 MA＝A／Ｎ0 根据法拉第定律和法拉第常数F可以得到 F＝eＮ0 Ｎ0的现代值为 Ｎ0＝6.0221367（36）×1023Ｎmol-1（摩尔-1） 由氢原子量可以算出氢原子的质量 MH＝1.67367×10-24g（克）
0
310 5
Eα=5.0 MeV ， Z(金)=79 ， θ max<10-3弧度≈0.057o。
式中用到了电子电荷常数的一种有用表示法（请 读者证明，并在以后理解其涵义）：
e 1.44 fm MeV 40
fm代表费密，是长度单位，1fm=10-15m=10-5Å ； 在式中取原子半径R≈1Å ；Eα代表α粒子动能， 以MeV为单位。
2
也许有人会说多次小角散射会产生一个大角 散射，但是由于每次小角偏转的方向都是无规则 的，因此，要最终发生大角偏转的几率是十分小 的；可以估计，产生90°偏转的几率约为10-3500！ 而盖革和马斯顿得到的实验值却为八千分之一！ 然而，按照卢瑟福模型，原子的正电荷+Ze集 中在原子球中心，α粒子与原子球的相互作用如图 所示，α粒子进入球体后，相互作用力仍与 ｒ ２ 成 反比，越靠近球心受到的力越大，有可能被反弹 回来，产生大角散射。
汤姆孙的原子结构模型的困难



勒纳特（P.Lenard 1864～1947） 长冈半太郎（Hantaro Nagaoka 1865～1950） 盖革（H.Geiger 1882～1945）和马斯顿 （E.Marsden 1889～1970） α粒子的散射实验 卢瑟福（Sir E .Rutherford 1871～1937） 于1911年提出‚核式结构模型‛

原子物理学详解答案(褚圣麟)

第一章 原子的基本状况若卢瑟福散射用的粒子是放射性物质镭C ' 放射的，其动能为 7.68 106 电子伏特。

散射物质是原子序数Z 79 的金箔。

试问散射角150 所对应的对准距离b 多大解：依据卢瑟福散射公式：ctg24Mv2K2b40 b22 Ze获得：Ze219 2 150bZe ctg 2(479(1.60 10 ) ctg 23.9710 15米40 K8.85 10 12) (7.68106 10 19)式中 K21 Mv2 是 粒子的功能。

已知散射角为 的 粒子与散射核的最短距离为r m (12 Ze2 (11) 4)2sin，Mv2试问上题 粒子与散射的金原子核之间的最短距离r m 多大2解：将题中各量代入r m 的表达式，得：rmin( 1 )2 Ze2 (11 )4Mvsin29 10 94 79 (1.60 10 19 )2 (1 1 ) 3.02 10 14米7.68 10 6 1.60 10 19 sin 75若用动能为 1 兆电子伏特的质子射向金箔。

问质子与金箔。

问质子与金箔原子核可能达到的最小距离多大又问假如用相同能量的氘核 （氘核带一个e 电荷而质量是质子的两倍， 是氢的一种同位素的原子核）取代质子，其与金箔原子核的最小距离多大解：当入射粒子与靶查对心碰撞时，散射角为180 。

当入射粒子的动能所有转变为两粒子间的势能时，两粒子间的作用距离最小。

依据上边的剖析可得：1Mv 2K pZe 2，故有： r minZe 24Kp24 0 rmin910 979 (1.60 10 19 ) 21.1410 13米1061.601019由上式看出： r min 与入射粒子的质量没关，所以当用相同能量质量和相同电量获得核代替质子时，其与靶核的作用的最小距离仍为1.14 10 13 米。

钋放射的一种粒子的速度为 1.597 107米 / 秒，正面垂直入射于厚度为10 7米、密度为 1.93210 4公斤 / 米3的金箔。

原子物理学复习

第一章 原子的基本状况一、学习要点1．原子的质量和大小,R ~ 10-10 m , N o =×1023/mol2．原子核式结构模型 (1)汤姆孙原子模型(2)α粒子散射实验：装置、结果、分析 (3)原子的核式结构模型 (4)α粒子散射理论： 库仑散射理论公式：(5)原子核大小的估计 (会推导): 散射角θ：),2sin11(Z 241220θπε+⋅=Mv e r mα粒子正入射：2024Z 4Mv e r m πε= ,m r ～10－15－10－14 m二、基本练习1．选择(1)原子半径的数量级是： A ．10－10cm; C. 10-10m(2)原子核式结构模型的提出是根据α粒子散射实验中： A.绝大多数α粒子散射角接近180︒ B.α粒子只偏2︒～3︒ C.以小角散射为主也存在大角散射 D.以大角散射为主也存在小()(X)Au AA g M N ==12-27C 1u 1.6605410kg12==⨯的质量22012c 42v Ze b tgM θπε=角散射(3)用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰，测量金原子核半径的上限. 问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍 A. 1/4 B . 1/2 C . 1 D. 24一强度为I 的α粒子束垂直射向一金箔，并为该金箔所散射。

若θ=90°对应的瞄准距离为b ，则这种能量的α粒子与金核可能达到的最短距离为：A. b ; B . 2b ; C. 4b ; D. 。

2．简答题（1）简述卢瑟福原子有核模型的要点.（2）简述α粒子散射实验. α粒子大角散射的结果说明了什么 3．褚书课本P 20－21：（1）.（2）.（3）；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、4个线系（记住名称、顺序）、广义巴尔末公式)11(~22nmR -=ν、光谱项()2n R n T =、并合原则：)()(~n T m T -=ν2.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）(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 e c e n πεααπευ； ()n hcT n hc R n e m E e n --=-=∞2222422Z 2Z )41(πε，n ＝１.……(3)实验验证：（a ）氢原子4个线系的形成)11(Z ~,)4(222232042n m R ch 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Ze n r n 22204μπε =.能量224222Z )41(ne E n μπε-=，里德伯常数变化Mm R R eA +=∞11重氢（氘）的发现 4.椭圆轨道理论索末菲量子化条件q q n h n pdq ,⎰=为整数a nn b n e m a n e m E n p e n ϕϕϕπεπε==-==,Z 4,2Z )41(,222022422，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n E 为n 度简并。

原子物理学《褚圣麟版》+答案

原子物理学习题解答刘富义编临沂师范学院物理系理论物理教研室1.1 若卢瑟福散射用的α 粒子是放射性物质镭 C 放射的，其动能为 7.68⨯10 电子伏特。

散射物质是原子序数 Z = 79 的金箔。

试问散射角θ = 150 所对应的瞄准距离 b 多大？219 2Ze ctg θ2 279 ⨯ (1.60 ⨯ 10 ) ctg 150 (4π ⨯ 8.85 ⨯ 10 ) ⨯ (7.68 ⨯ 106 ⨯ 10 )4πε 0 K α 式中 K α = 12 Mv 是α 粒子的功能。

) (1 + M v 4 π ε = ( ) (1 + Mv4π ε 0 4 ⨯ 79 ⨯ (1.60 ⨯ 10 ) 1 7.68 ⨯ 10 6 ⨯ 1.60 ⨯ 10 sin 75ο解：当入射粒子与靶核对心碰撞时，散射角为180 。

当入射粒子的动能全部转化为两7 9 ⨯ (1 .6 0 ⨯ 1 0) 2= 9 ⨯ 10 9 ⨯= 1 .1 4 ⨯ 1 0 - 1 3 米1 0 ⨯ 1 .6 0 ⨯ 1 0第一章 原子的基本状况' 6ο解：根据卢瑟福散射公式：cot θ 2= 4 π ε 0M v 2 2 Ze 2b = 4 π ε0 K α Ze 2b得到：οb == = 3.97 ⨯ 10-15 米-12 -19 21.2 已知散射角为θ 的α 粒子与散射核的最短距离为 r m = ( 1 2 Ze 2 2 0 1 s inθ 2 )，试问上题α 粒子与散射的金原子核之间的最短距离 r m 多大？解：将 1.1 题中各量代入 r m 的表达式，得： r m in 1 2 Ze 22 1 sin θ 2 )-19 2= 9 ⨯ 10 9 ⨯ ⨯ (1 +-19 )= 3 .0 2 ⨯ 1 0 -14 米1.3 若用动能为 1 兆电子伏特的质子射向金箔。

问质子与金箔。

问质子与金箔原子核可 能达到的最小距离多大？又问如果用同样能量的氘核（氘核带一个 +e 电荷而质量是质子的两倍，是氢的一种同位素的原子核）代替质子，其与金箔原子核的最小距离多大？ο粒子间的势能时，两粒子间的作用距离最小。

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1.2 α 粒子的散射实验和原子的核模型 一.汤姆逊原子模型
• 1903年英国科学家汤姆逊提出 “葡萄干蛋 1903年英国科学家汤姆逊提出 式原子模型或称为“布丁” 糕”式原子模型或称为“布丁”模型。 汤姆逊提出了一个原子模型， 汤姆逊提出了一个原子模型，他认为原子中的正 电荷分布在整个原子空间，电子则嵌在布满正电荷的 电荷分布在整个原子空间， 球内，由于电子间的相互作用， 球内，由于电子间的相互作用，电子均匀分布在正电 荷球内。电子能在它们的平衡位置上作简谐振动。 荷球内。电子能在它们的平衡位置上作简谐振动。
A(g) = Au 的原子质量为： 元素 X 的原子质量为： M(X) = N0
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N 1摩尔原子的物质中，不论哪种元素，含有同一数量的原子， 摩尔原子的物质中，不论哪种元素，含有同一数量的原子， 这个数称为阿伏伽德罗常数。 这个数称为阿伏伽德罗常数。 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：No k=R 普适气体常数 ，k：玻尔兹曼常数
C的质量 原子质量单位： 原子质量单位：1u = = 1.66054 ×10-27 kg 12
12
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．原子质量(绝对值) 原子质量(绝对值)
re ~ 2.8 × 10 − 15 m = 2.8 fm
re ≈ 10 −18 m
电子发现后， 电子发现后，从很多实验证明电子是原子的组成 部分。 部分。
电子带负电而原子又是中性的，很显然， 电子带负电而原子又是中性的，很显然，原子中 一定有带正电的部分，而且电荷和电子总电荷相等。 一定有带正电的部分，而且电荷和电子总电荷相等。 而且电子质量很小，原子质量几乎全由正电部分承担. 而且电子质量很小，原子质量几乎全由正电部分承担 那么原子中的正、 那么原子中的正、负电荷的结构是什么样的呢 ?
1．原子质量单位和原子量 各种原子的质量各不相同而且非常小10-26kg，常用它们 各种原子的质量各不相同而且非常小 ， 的质量同碳 原子质量的 原子质量的1/12进行比较，所得的数值， 进行比较， 的质量同碳12原子质量的 进行比较 所得的数值， 就是该种原子的相对原子质量。 就是该种原子的相对原子质量。
二、原子物理学发展简史 1、19世纪，建立了原子学说 19世纪 世纪， 物质的原子学说：所有的化学元素都由原子组成 物质的原子学说： 热的原子学说：利用原子的运动解释热力学定律 热的原子学说： 电的原子学说：自然界存在带电的原子 电的原子学说： 实验总结， 实验总结，认识到原子是物质结构的一个层次 2、19世纪末—20世纪初，建立了严格的原子物理 19世纪末 20世纪初 世纪末— 世纪初， 理论—量子力学。 理论—量子力学。 重大发现有： 重大发现有：
1897年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现了带负电的 1897年汤姆逊从如右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 电子,并测得了 比。 加电场： （1）加电场： 阴极射线带负电 再加磁场： （2）再加磁场：
_ E B +
B ev = eE
去电场： （3）去电场：射线成一圆 形轨迹
The Nobel Prize in Physics 1923
for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effect
R. Millikan (1868(1868-1953)
2．电子的电量和质量
为原子量， 如果物质的密度为 ρ ，A为原子量，则1摩尔原子占有体积
A/ρ cm 3
4 ∴ π r3N 3
A
≡
A(g )
ρ
1
例如
3 3A ⇒ r = 4π ρ N A Li原子 A=7， ρ =0.7， rLi=0.16nm； 原子 ， ， ； ρ Pb原子 A=207， =11.34，rPb=0.19nm； 原子 ， ， ；
微观物理量通过No这个大常数与宏观物理量联系， 微观物理量通过 这个大常数与宏观物理量联系，告诉我们原子和 这个大常数与宏观物理量联系 分子实际上是多么的小。 分子实际上是多么的小。
量级概念） 二.原子的大小量级（量级概念）
4 3 将原子看作是球体,1 ,1摩尔原子占体积为 1、将原子看作是球体,1摩尔原子占体积为 π r N A 3
1869， 周期表发现， 1869， 周期表发现， 门捷列夫 1885， 氢原子光谱规律发现， 1885， 氢原子光谱规律发现，巴耳末 1895， 射线发现， 1895， X射线发现， 伦琴 1896， 放射线发现， 1896， 放射线发现， 贝克勒耳 近代物理的序幕 1897， 电子发现， 1897， 电子发现， 汤姆逊 1900， 能量子概念建立， 1900， 能量子概念建立，普朗克 1911，原子核式结构建立， 1911，原子核式结构建立，卢瑟福 原子物理的新篇章 1913，玻尔量子理论建立， 1913，玻尔量子理论建立，玻尔 1925前后 量子力学建立， 前后， 1925前后，量子力学建立， 对原子这一层次的认识， 对原子这一层次的认识，从实验到理论获得比较 完全的认识。 完全的认识。 3、20世纪初至现在，对物质结构的认识不断地深 20世纪初至现在 世纪初至现在， 原子---原子核---基本粒子---夸克… ---原子核---基本粒子---夸克 入，原子---原子核---基本粒子---夸克…,
参考书： 参考书：
《原子物理学》，褚圣麟编， 原子物理学》 褚圣麟编， 量子物理学》 史斌星编， 《量子物理学》，史斌星编， 原子核物理学》 吴知非编 《原子核物理学》， 吴知非编。 《原子物理学习题解答》，池贤兴编 原子物理学习题解答》
作业要求
第一章 原子的基本状况
1.1原子的质量和大小 原子的质量和大小 一.原子的质量
mv r
2
= B ev
可求电子的荷质比 e/m
e = 1.7588 × 1011C / Kg m
密立根(R.A. Millikan)在著名的“液滴实验”中 在著名的“ 密立根 在著名的 液滴实验”
e =1.602×10－19（c） × ） me=9.109×10－31kg ×
对氢原子： =1.67367× 对氢原子：MH =1.67367×10-27kg 3．电子的大小 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：
3、原子物理学是物理专业骨干课程之一。 原子物理学是物理专业骨干课程之一。
(11门骨干课程： (11门骨干课程：力、热、电、光、原、四大力学， 门骨干课程 四大力学， 固体物理、数理方法) 固体物理、数理方法)，是学习近代物理的一门主要课 。（近代物理包括 原子物理、固体物理、 近代物理包括： 程。（近代物理包括：原子物理、固体物理、量子力学 与相对论等)。 与相对论等)
2、与原子碰撞的研究相应，发展了电子束、离子束、 与原子碰撞的研究相应，发展了电子束、离子束、
粒子加速器、同步辐射加速器、各种能谱仪， 粒子加速器、同步辐射加速器、各种能谱仪，以及电子 离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法， 、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法，还广 泛地应用了核物理技术和光谱技术。 泛地应用了核物理技术和光谱技术。
碰撞截面σ =π ( 源自 r ) 22dd
A
u
n
平均碰撞频率： 平均碰撞频率：一个分子单位时间内所受碰撞的平均次数
Nσu ∆t z= = Nσu ∆t
平均相对速率和平均速率的关系为
u = 2v
2
v
u
z = Nσ u = 2π (2r ) Nv
气体分子在连续两次碰撞间 所可能经过的各段自由路程 的平均值: 的平均值:
1897年 J.J.Thomson证实阴极射线由负电微粒组成 1897年 J.J.Thomson证实阴极射线由负电微粒组成 通过磁场中的偏转测 e me 电子的发现 1899年 Thomson测量 1899年 Thomson测量 e 和 me 1909年 Millikan油滴实验精确测定 1909年 Millikan油滴实验精确测定 e
v
1 v= λ= 2 z 4 2 N πr
λ和N可由实验求得，对单原子分子来说，r就是原子的半径！ 和 可由实验求得 对单原子分子来说， 就是原子的半径 可由实验求得， 就是原子的半径！
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
三.关于电子
1．电子的发现 电解定律： 1833年 Faraday电解定律 1833年 Faraday电解定律：析出物质量正比于电解液电量 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数） 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数） F 一价离子所带电量为常数 1874年 Stoney提出电荷的最小单位 1874年 Stoney提出电荷的最小单位 e = F N A 1881年 1881年 Stoney命名电量子为电子 Stoney命名电量子为电子
The Nobel Prize in Physics 1906
J. J. Thomson (1856(1856-1940)
in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases