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《原子物理学》教案课程简介：《原子物理学》是在经典物理课程（力学、热学、电磁学、光学）之后的一门重要必修课程。
它上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。
它以力、热、光、电磁等课程的知识为基础，从物理实验规律出发，引进量子化概念，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律，从微观机制解释物质的宏观性质，同时介绍原子物理学知识在现代科学技术上的重大应用。
本课程强调物理实验的分析、微观物理概念和物理图像的建立和理解。
通过本课程教学，使学生初步了解物质的微观结构和运动规律，了解物质世界中三个递进的结构层次，为学习量子力学和后续专业课程打下基础。
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像，以及支配物质运动和变化的基本相互作用。
该课程大致分为三个层次：第一是成熟、已有定论的基本内容，要求学生掌握并能运用；第二是目前已取得的最新研究成果，要求学生明确其物理概念和物理图像；第三是前沿研究课题内容，要求学生了解并知道其研究方向。
本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
部分内容由学生自行学习。
本课程原则上采用SI 单位制，同时在计算中广泛采用复合常数以简化数值运算。
[通常用Å（1Å=10-10m ）描写原子线度，用fm (m fm 15101-=)描写核的线度，用eV 、MeV 描述原子和核的能量等。
]第一章 原子的位形：卢瑟福模型§1-1背景知识“原子”概念（源于希腊文，其意为“不可分割的” ）提出已2000多年，至19世纪，人们对原子已有了相当的了解。
由气体动理论知，1mol 原子物质含有的原子数是12310022.6-⨯=mol N A 。
因此可由原子的相对质量求出原子的质量，如最轻的氢原子质量约为kg .2710671-⨯；原子的大小也可估计出来，其半径是nm .10(m 1010-)量级。
原子物理学教程教学设计1. 概述原子物理学作为物理学的重要分支，不仅在学科研究中扮演着重要角色，也在具有广泛的应用价值。
为了更好地促进学生对物理学的理解和实践应用，我们设计了一套原子物理学教程教学方案。
2. 教学目标通过该教学方案，我们力求达到以下学习目标：•了解原子物理学的基本概念、基本理论和应用•掌握原子物理学的基本实验方法和技术•能够解决与原子物理学相关的实际问题3. 教学内容我们将教学内容分为以下部分：3.1 基本概念和基本理论•原子结构和原子核结构•原子的光谱和光子•原子的量子力学描述•原子的辐射和散射3.2 基本实验方法和技术•原子的能级结构测量•原子光谱的测量•原子的辐射和散射实验3.3 应用•原子的应用于核能工程、医学和研究领域4. 教学方法我们将采用以下教学方法：4.1 讲解和演示教师会讲授基本概念和基本理论，并进行相关实验演示。
4.2 课堂讨论让学生在课堂上就学习内容进行讨论，可以加深学生对所学知识的理解。
4.3 实验操作让学生在实验室实际操作，掌握原子物理学的基本实验方法和技术。
4.4 课外作业布置适合学生年级和学科的作业，帮助学生巩固所学内容。
5. 教学评估我们将采用以下方式进行教学评估：5.1 学生测试以课堂测试和考试的形式，测试学生学习成果。
5.2 课程论文要求学生提交关于原子物理学相关研究的综述或论文，评估学生对所学内容的掌握程度和运用程度。
6. 教学资源我们将提供以下教学资源：•书籍和参考资料•实验室设备和相关器材•多媒体课件和学习视频7. 教学亮点我们教学方案的主要亮点如下：•前瞻性：教学方案将原子物理学应用于核能工程、医学和研究领域，具有前瞻性。
•实践性：教学方案重视实验操作，可以让学生更好地理解和掌握所学知识。
•综合性：教学方案涵盖了原子物理学的基本概念、基本理论和应用，可以帮助学生全面了解该学科。
8. 结束语以上是我们的原子物理学教程教学方案，我们相信通过这套教学方案的实施，学生将能够达到我们提出的学习目标。
原子物理学电子教案第一章：引言1.1 课程介绍了解原子物理学的基本概念、研究对象和意义。
掌握原子的结构、特性以及原子物理学的发展历程。
1.2 原子物理学的基本概念原子：物质的基本组成单位，由原子核和核外电子组成。
原子核：带正电的粒子，由质子和中子组成。
核外电子：带负电的粒子，围绕原子核运动。
1.3 原子物理学的研究对象原子核结构：研究原子核内部的组成、性质和相互作用。
原子光谱：研究原子在不同能级间的跃迁和辐射。
原子碰撞：研究原子在相互作用过程中的动力学行为。
1.4 原子物理学的发展历程道尔顿原子论：提出原子概念，认为原子是不可分割的基本粒子。
汤姆逊原子模型：提出“葡萄干面包式”原子模型。
卢瑟福原子模型：提出原子核式结构模型。
玻尔原子模型：引入量子理论，解释原子的光谱线。
量子力学：发展完善，揭示原子内部微观世界的基本规律。
第二章：原子核结构2.1 原子核的基本性质质子数（Z）：原子核中质子的个数，决定了元素的种类。
质量数（A）：原子核中质子和中子的总数。
原子序数（W）：原子核中质子数和中子数的差值。
2.2 原子核的稳定性结合能：原子核中质子和中子相互作用的总能量。
比结合能：结合能与核子数的比值，反映原子核的稳定性。
原子核衰变：放射性元素的原子核自发地放出射线，转变为其他元素。
2.3 原子核的分类轻核：质量数小于56的原子核。
重核：质量数大于56的原子核。
超重核：质量数大于84的原子核。
2.4 原子核的相互作用强相互作用：原子核内部质子和中子之间的基本相互作用。
电磁相互作用：带电粒子之间的相互作用。
弱相互作用：引起原子核衰变的基本相互作用。
第三章：原子光谱3.1 原子光谱的基本概念能级：原子内部电子可能存在的状态。
能级跃迁：电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。
光谱：原子跃迁时放出的电磁辐射。
3.2 线光谱和连续光谱线光谱：由特定原子发射或吸收的特定波长的光组成的谱线。
连续光谱：包含从红光到紫光所有波长的光。
原子物理学概念精讲2024高考物理教案设计教案设计：一、教学目标1.了解原子物理学的基本概念和原理。
2.掌握原子的组成、核结构、原子核的性质以及核反应等内容。
3.能够运用所学知识解决相关物理问题。
4.培养学生的科学思维和实验能力。
二、教学重点1.原子的组成和核结构。
2.原子核的性质。
3.核反应的基本原理。
三、教学难点1.原子核的性质的理解与运用。
2.核反应的类型及其特点的理解。
四、教学方法1.讲授法：通过讲解原子物理学的基本概念和原理，以及示意图的展示，帮助学生全面理解。
2.实验法：通过进行相关实验，让学生亲自实践，巩固所学内容。
3.互动法：通过提问、讨论等方式，激发学生思维，培养合作能力。
五、教学内容1.原子的基本概念和组成原子是物质的基本组成单位，由原子核和电子云组成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
电子带负电，绕原子核运动。
2.原子核的结构和性质原子核由质子和中子组成，质子数目决定了元素的性质，称为原子序数。
中子数目可以不同，相同原子序数但不同中子数的原子称为同位素。
3.原子核的性质原子核的性质包括质量数、原子核的稳定性和放射性。
质量数是原子核中质子和中子的总数。
原子核的稳定性与质子数与中子数的比值有关，一般当质子数与中子数接近时，原子核较为稳定。
放射性是指具有放射性的原子核会自发地发射粒子或电磁辐射。
4.核反应的基本原理核反应是指原子核发生转变的过程，分为裂变和聚变。
裂变是指原子核裂变成两个或多个较小的原子核，释放出巨大的能量。
聚变是指较小的原子核融合成更大的原子核，也释放出巨大的能量。
六、教学过程1.导入：通过提问的方式，引导学生回顾上节课所学内容，并激发学生对原子物理学的兴趣。
2.讲解：利用示意图，讲解原子的基本组成结构、原子核的组成和性质。
3.实验：进行一系列与原子物理学相关的实验，例如探究不同原子核的稳定性、观察核反应的现象等。
4.讨论：引导学生讨论核反应的基本原理以及用途，培养学生的思考能力。
原子物理学教案标题：原子物理学教案教案目标：1. 了解原子物理学的基本概念和原理。
2. 掌握原子结构和原子核的组成。
3. 理解原子的能级和光谱。
4. 能够解释原子的放射性衰变和核反应。
5. 培养学生的实验设计和数据分析能力。
教学重点：1. 原子结构和组成。
2. 原子能级和光谱。
3. 放射性衰变和核反应。
教学难点：1. 原子能级和光谱的理解。
2. 放射性衰变和核反应的解释。
教学准备：1. 教学课件和实验设备。
2. 学生实验报告模板。
3. 相关教学资源和参考书籍。
教学过程：引入：1. 通过展示一张原子结构示意图，引起学生的兴趣和好奇心。
2. 提问：你们知道原子是由什么组成的吗？知识讲解：1. 介绍原子的基本结构，包括电子、质子和中子。
2. 解释原子的能级结构和电子轨道。
3. 介绍原子光谱的产生原理和应用。
4. 讲解放射性衰变的概念和不同类型的衰变过程。
5. 解释核反应的基本原理和应用。
实验演示：1. 进行原子光谱实验演示，让学生观察和记录光谱现象。
2. 展示放射性衰变实验，让学生了解衰变过程和半衰期的概念。
3. 演示核反应实验，让学生观察和记录反应过程。
讨论与分析：1. 分组讨论实验结果，学生分享观察和数据分析。
2. 引导学生思考和讨论原子结构、能级和光谱的关系。
3. 鼓励学生提出问题和解释放射性衰变和核反应的现象。
巩固与评估：1. 布置作业，要求学生根据实验数据撰写实验报告。
2. 设计一道综合性问题，让学生回顾和应用所学知识。
3. 小组展示和讨论学生的实验报告和问题解答。
教学延伸：1. 鼓励学生阅读有关原子物理学的科普文章和研究论文。
2. 组织学生参观相关实验室或科学展览，拓宽他们的科学视野。
3. 引导学生进行小型研究项目，深入探究原子物理学的前沿领域。
教学反思：1. 总结本节课的教学效果和学生的学习情况。
2. 分析学生的问题和困惑，调整教学方法和策略。
3. 收集学生的反馈意见，为今后的教学改进提供参考。
初中原子物理教案一、教学目标1. 理解原子的概念，掌握原子的基本结构。
2. 了解原子核和电子的性质，理解原子的内部结构。
3. 掌握原子的化学性质，了解原子在化学反应中的行为。
4. 培养学生的实验操作能力和观察能力，提高学生的科学思维能力。
二、教学内容1. 原子概念的引入：介绍原子是物质的基本单位，构成物质的基本组成部分。
2. 原子结构：介绍原子的核和电子，核由质子和中子组成，电子绕核运动。
3. 原子核的性质：介绍原子核的组成，质子和中子的性质，原子核的稳定性。
4. 电子的性质：介绍电子的负电荷，电子的运动轨迹，电子的能级。
5. 原子的化学性质：介绍原子的化学反应，原子的化合价，原子的化学键。
三、教学方法1. 采用问题引导法，通过提问引发学生思考，激发学生的学习兴趣。
2. 使用模型或图片展示原子结构，帮助学生直观理解原子的内部构造。
3. 进行实验演示，观察原子在化学反应中的行为，加深学生对原子性质的理解。
4. 开展小组讨论，鼓励学生发表自己的观点，培养学生的合作能力和口头表达能力。
四、教学评估1. 课堂问答：通过提问检查学生对原子概念的理解和掌握程度。
2. 实验报告：评估学生在实验中的观察能力、操作能力和对实验结果的分析能力。
3. 作业练习：布置相关的习题，巩固学生对原子性质的记忆和理解。
4. 单元测试：进行一次单元测试，全面检查学生对原子物理的掌握情况。
五、教学资源1. 教材：《初中物理》相关章节。
2. 教具：原子模型、图片、实验器材。
3. 课件：制作相关的课件，辅助教学。
4. 参考资料：提供相关的参考资料，供学生自主学习。
六、教学内容6. 原子核反应：介绍轻核聚变和重核裂变，解释链式反应以及核能的释放。
7. 放射性现象：解释放射性衰变的概念，介绍α衰变、β衰变和γ射线。
8. 原子光谱：解释原子的能级和光谱线，介绍吸收光谱和发射光谱。
9. 量子力学基础：简要介绍量子力学的基本概念，如波粒二象性和量子态。
高中物理外研版必修四《原子物理学基础》教案教案概述：本教案是针对高中物理外研版必修四《原子物理学基础》这一单元的教学内容设计的。
通过本教案的学习，学生将了解到原子的结构和成分，学习到原子核的性质以及核反应的基本概念和计算方法。
同时，通过实验和案例分析，让学生能够掌握基本的核能利用和应用。
教案目标：1. 了解原子的结构和成分，掌握基本的原子词汇；2. 掌握原子核的基本结构和性质，理解核反应的基本概念；3. 学会使用基本的核能计算方法，掌握计算的基本技巧；4. 了解核能的利用和应用，培养对核能发展的思考和判断能力。
教学重点：1. 原子的结构和成分，原子核的性质；2. 核反应的基本概念，核能计算方法的掌握；3. 核能的利用和应用。
教学难点：1. 核能计算方法的应用；2. 核能的利用和应用的思考和判断。
教学准备：1. 教材，课件和教学实验设备；2. 学生实验报告书和作业本。
教学过程：一、导入与知识梳理（15分钟）1. 利用多媒体或板书，回顾前几节课学习的内容，引导学生回忆原子的基本结构和原子核的概念。
2. 分组讨论，学生自主整理并分享自己对原子的认识。
二、新知讲解与实验（40分钟）1. 提供图片或模型，引导学生了解原子核的结构和组成要素，包括质子、中子和电子等。
2. 讲解核反应的基本概念，包括裂变和聚变的区别，并列举实际案例进行说明。
3. 进行核反应实验，让学生亲身参与实验操作，观察和记录实验结果。
4. 学生在实验报告书上整理实验过程和结果，归纳实验中观察到的核反应现象。
三、知识探究与拓展（30分钟）1. 学生分组进行计算练习，完成一些基本的核能计算题目，例如能量守恒计算和质能方程计算等。
2. 学生通过小组合作交流，整理归纳核能计算的基本方法和步骤。
3. 师生共同探究，讨论核能的利用和应用，例如核能的储存和运输，核能在工业和农业中的应用等。
4. 结合实际案例，引导学生思考核能利用的优缺点，以及对核能发展的意见和建议。
原子物理学修订版教学设计1. 教学目标•了解原子的基本结构和性质；•理解量子力学和原子光谱的基本原理；•掌握原子的能级结构和光谱分析方法；•了解核能转换和放射性衰变的基本规律；•学会利用原子物理的知识分析实际问题。
2. 教学内容2.1. 原子结构和基本性质•原子的基本组成和结构；•原子的物理和化学性质；•电子的波粒二象性及其实验证据；•薛定谔方程及其解释。
2.2. 量子力学基本原理•波函数及其物理意义；•量子力学基本假设和概念；•经典力学与量子力学对比；•不确定性原理及其实质。
2.3. 原子光谱和能级结构•光谱基本概念和分析方法；•原子波长和能级的关系；•原子的激发、跃迁和辐射；•能级结构的细节和应用。
2.4. 核能转换和放射现象•原子核的基本结构和性质；•非平衡核的衰变方式；•放射性的分类和特点；•放射性的探测和利用。
2.5. 原子物理的应用•原子光谱分析和物质表征；•核技术在医学、能源等领域的应用；•量子通信和量子计算的发展。
3. 教学方法3.1. 理论教学采用讲授和讨论相结合的方式，引导学生思考问题、探索知识。
在讲解理论时，注重与实际问题的联系，将知识应用于实际问题分析。
3.2. 实验教学通过实验教学，培养学生的实验技能和科学素养。
重点突出光谱分析和核能转换实验的设计与实施过程，帮助学生理解实验的重要性。
3.3. 论文阅读通过论文阅读，帮助学生学习和了解前沿科技和最新的研究成果。
采用学生报告和小组讨论的方式，促进学生之间的交流和合作。
4. 教学评估教学评估应注重学生思维水平和能力的培养，采用多种形式和方法，包括课堂测试、作业评定、实验报告、小组讨论等，全面考核学生的知识掌握和应用能力。
同时，也要重视对教学过程和教师教学质量的评估和反馈，持续改进教学效果。
《原子物理学》课程章节教案注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。
95αβγ三种射线在垂直于运动方向的磁场中发生不同的偏转铅室放射源磁场方向垂直纸面向里（氦原子核）电离作用最大，贯穿本领最小。
（电子流）电离作用较大，贯穿本领较大。
：不带电（光子流）电离作用最小，贯穿本领最大。
放射衰变现象，电子，X 射线是十九世纪末的三大重要发现，揭开了近代物理的序幕；提供了原子核内部运动变化的许多重要信息。
（二）放射性衰变规律：放射衰变规律：放射衰变是一种自发地过程遵从统计规律： N=N 0e562）核力是一种短程力0.5U （R ）r ( fm )两个核子之间势能曲线两个核子之间的势能如图所示核子间距离核子间势能小于0.4~0.5fm强排斥力在1~2fm 间较强的吸引力在2~4fm 间较弱的吸引力在4~5fm 以上消失3）核力是具有饱和性的交换力一个核子只与周围几个核子发生作用，而不是与核内其它作用。
通过交换π介子发生作用。
4）核力与核子的电荷状态无关核内质子与中子之间，质子与质子，中子与中子之间，都具有相同的核力，不同类型核子之间的核力F Pn ，F nn ，F PP 是相同的，与核子的电荷状态无关，称为核力的电荷无关性 。
例如；３Ｈe与３Ｈ结合能之差为０MeV e V 72.012≈=79A E 11α=⎪⎩⎪⎨⎧-==-奇奇核奇偶核偶偶核101;2155δδαA E 正常数4)(44;22ααA Z AE --=正常数231533233;γααeA Z E =-=-202224;32πγσαα=-=A E (5)奇偶能:(4)对称能:(3)库仑能:(2)表面能:(1)体积能:外斯塞格由液滴模型出发,得到结合能半经验公式3. 结合能半经验公式α1为比例常数α5为正常数2 . 基本思想原子核是一个密度极大的,不可压缩的“核液滴”,其中每个核子相当于液滴中的分子,由于核内质子带正电,所以又把原子核看作带电的液滴。
原子物理学电子教案第一章：引言1.1 课程介绍了解原子物理学的基本概念和研究对象理解原子物理学在现代科学技术中的应用价值1.2 原子物理学发展简史掌握汤姆逊、卢瑟福、玻尔等著名物理学家的主要贡献了解原子物理学的发展对人类认识自然界的意义1.3 学习方法指导注重理论联系实际，提高解决问题的能力注重数学工具的运用，提高数据分析和处理能力第二章：原子的核外电子2.1 电子的基本性质掌握电子的带电性质、质量、速度等基本参数理解电子在原子中的运动规律2.2 电子的能级分布掌握玻尔模型，了解能级的概念和能级跃迁规律理解原子的线谱特征和光谱分析方法2.3 原子轨道和电子云掌握薛定谔方程，了解原子轨道的形状和大小理解电子云的概念，掌握电子云的密度分布特征第三章：原子核的结构与衰变3.1 原子核的基本性质掌握原子核的组成、质量和电荷守恒定律理解原子核的结合能和比结合能概念3.2 核力与核稳定性掌握核力的性质、作用范围和强度理解核稳定性的判据，掌握原子核的分类方法3.3 核衰变与核反应掌握核衰变的基本类型、衰变方程和半衰期概念理解核反应的类型、反应机制和应用第四章：原子光谱与能级跃迁4.1 原子光谱的基本特征掌握原子光谱的线形、强度和间距等特征理解原子光谱的分立和连续谱的区别与联系4.2 能级跃迁与原子光谱掌握能级跃迁的原理，理解跃迁概率与能级差的关系了解激光原理及其在原子光谱中的应用4.3 原子光谱的应用掌握原子光谱在元素分析和量子光学领域的应用了解我国在原子光谱研究方面的重要成果第五章：激光及其应用5.1 激光的基本原理掌握激光的产生原理、特点和分类理解激光的光谱纯度和相干性等特性5.2 激光的应用领域掌握激光在通信、医疗、加工等领域的应用技术了解激光技术在我国的发展现状和前景5.3 激光与原子相互作用的实验研究掌握激光冷却和捕获原子的实验方法理解激光操控原子核和电子的原理及其在实验中的应用第六章：原子碰撞与散射6.1 原子碰撞的基本过程掌握弹性碰撞、非弹性碰撞和共振态散射的特点理解散射截面和交叉截面的概念6.2 弹性散射与Rutherford散射掌握Rutherford散射实验的原理和结果了解散射角度与散射粒子的能量关系6.3 原子激发态的退相干与碰撞诱导的跃迁理解碰撞过程中激发态原子的退相干现象掌握碰撞诱导的能级跃迁规律第七章：原子核衰变与核反应7.1 原子核衰变过程掌握α衰变、β衰变和γ衰变的特点及衰变方程理解半衰期的概念及其对放射性元素应用7.2 核反应堆原理理解核裂变和核聚变反应的基本过程掌握核反应堆的工作原理和类型7.3 核辐射与核探测理解核辐射的类型和特性掌握核探测技术的基本原理和应用第八章：原子物理学的实验技术8.1 光谱仪器的原理与使用掌握光谱仪器的结构和工作原理理解光谱分析的方法和应用8.2 激光冷却与原子捕获理解激光冷却的原子机制和实验方法掌握原子捕获技术及其在实验中的应用8.3 原子干涉与量子态操控理解原子干涉现象及其在量子物理中的应用掌握量子态操控技术的基本原理和方法第九章：原子物理学在现代科学技术中的应用9.1 原子钟与时间测量理解原子钟的原理和类型掌握原子钟在时间测量和导航领域的应用9.2 激光技术在信息传输中的应用理解激光通信的原理和优势掌握激光在光纤通信和卫星通信中的应用9.3 原子核磁共振成像（NMR）理解NMR成像的原理和类型掌握NMR在医学、生物和材料科学研究中的应用第十章：展望与挑战10.1 原子物理学发展的趋势了解当前原子物理学研究的热点和前沿领域掌握多学科交叉研究的发展方向10.2 我国在原子物理学领域的发展战略了解我国在原子物理学研究的优势和不足掌握我国未来在原子物理学领域的发展规划和目标10.3 原子物理学教育与人才培养理解原子物理学教育的重要性掌握原子物理学人才培养的方法和途径重点和难点解析1. 原子物理学的基本概念和研究对象：理解原子物理学的基本定义，研究对象以及它在现代科学技术中的应用价值。
《原子物理学》课程章节教案注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。
第八章 X 射线1895年由伦琴（德）发现,后来被证实是核外电子产生的短波电磁辐射. X 射线的波长约为0)1001.0(A -[或表示为nm )110(3--],比01A 短的贯穿能力强,称硬X 射线；比01A 长的称软X 射线.§6-1 X 射线的产生极其波长和强度的测量1. X 射线的发现1895.11.8伦琴在暗室中做阴极射线管气体放电实验时,为避免紫外线与可见光的影响,特用黑纸将射线管包住,但偶然发现与之相距一段距离的荧光屏上会发微光.伦琴认定这是一种来自射线管但不是阴极射线的神秘射线.伦琴对此现象的研究发现这一神秘射线的穿透性及以直进性,不被磁场偏斜等性质,因对其本质的不确定性,故称其为X 射线.X 射线特征谱的波长代表原子能级的间隔,谱线的精细结构显示能级的精细结构,所以通过对X 射线的研究,可以进一步探索原子的内部结构.2. X 射线产生的机制1）X 射线管:X 射线管结构多样,其原理如右图示.阳极（靶）所用金属由X 射线的用途决定（熔点较高的金属）.两极间高压一般为几万至几十万伏,调节此加速电压可改变管内电子流的能量.从阴极发出的电子流在电场作用下被加速,撞击到阳极上,就从阳极发出X 射线.3.X 射线的衍射（提供X 射线波长测量方法）晶体中相邻原子距离数量级为nm 110-,所以晶体是X 射线发生衍射的天然光栅.据劳厄的设想,X 射线若为电磁波,当它投射到晶体上时,晶体点阵中的每个粒子（或原子）受X 射线的作用将成为子波源,而发出同频率的子波,这些子波因相干叠加而产生衍射.在这一设想的指引下,弗里特里克和奈平成功地进行了晶体的透射式X 射线衍射实验,证实了X 射线是电磁波,其波长与晶格常数有同一数量级,为nm 110-.其衍射图样称劳厄斑.此后,布喇格父子（英,即W.H.布喇格和W.L.布喇格）进一步研究并对劳厄斑做出简明解释.他们认为,晶格点阵中的粒子可组成许多平行平面（晶面）,衍射包括同一晶面内各原子发出的子波之间的相干叠加,也包括各晶面之间的子波的相干叠加.1) 同一晶面内的子波叠加如图中（a ）所示,设晶面上两原子间距为d,两条衍射线的光程差为:)cos (cos 210θθδ-=-=d AD CB .它们相干叠加的极大值条件是:)2,1,0(0 ==k k λδ可证明,一个晶面的高级次的极大,正好相当于另一晶面的零级极大,因而,为简化问题,对每一晶面只取零级极大,得θθθ==212）相邻晶面间的子波的叠加如图中（b ）所示,设晶面间距为d,两条衍射之间的光程差为:θδsin 2d DC BD =+=.它们相干叠加的极大值条件为:)3,2,1(sin 2 ===k k d λθδ综合起来,即得到布喇格晶体衍射公式:⎩⎨⎧====)3,2,1(sin 221 k k d λθθθθ 在晶面方向满足上式条件时衍射极大,此时的衍射可看成是由相同的掠射角的入射衍射线产生的.利用布喇格衍射公式可测量X 射线的波长.反过来,若X 射线的波长已知,也可测出未知晶体的晶格常数,从而可进一步求得阿伏伽德罗常数.3）对劳厄斑的解释在劳厄的建议下,1912年有人利用X 光管产生的X 射线对单晶做了衍射实验,得到衍射图样即“劳厄斑”（首次显示了晶体结构的美丽图案）.布喇格公式对劳厄斑的成因作了正确的解释.晶体有很多晶面,不同晶面间距不同.一定波长的平行入射线,对于不同晶面有不同的掠射角,满足布喇格晶体衍射公式的方向产生衍射极大同.若入射线中有几种波长的射线,则产生的衍射极大就有几个,所有这些衍射极大,在屏上给出各自的亮点,就形成了劳厄斑.4.旋转式X 射线的摄谱仪简介如图示,从射线管R 中产生的X 射线经由铝制成的狭缝后成为X 射线束,射到单晶体K 上,K 可绕竖直轴旋转,以竖直旋转轴为中心的圆弧上置照相底片.如果X 射线的波长为 21,λλ,则当掠射角θ正好满足布喇格公式时,在反射方向上得到该波长X 射线的衍射极大,在底片上形成一条细黑条纹.因晶体可绕竖直轴转动,所以可得到与不同波长对应的条纹,即不同波长的X 射线的谱线.由晶体晶格常数与谱线位置（与掠射角对应）,可算出各条谱线的波长.而底片的黑度则对应于该波长X 射线的强度.或用能量表示为:eV Z Z Rhc E K 2222)1(6.1343)2111()1(-⨯≈--=∆α 上式的物理意义很明确,43表示n=2到n=1的内层跃迁,2)1(-Z 表示跃迁的电子受到)1(-Z 个电荷的作用,b 称为屏蔽常数.莫塞莱实验第一次提供了精确测量Z 的方法.历史上就是用莫塞莱公式定出了元素的Z,并纠正了Co 27和Ni 28在周期表的上次序.4）产生特征辐射的前提条件:必须先使内层电子电离而产生“空穴”. 原子处在正常状态时,内壳层是填满电子的.由于泡利不相容原理的限制,外层电子向内层跃迁的前提是必须先使内层电子电离而产生“空穴”.产生空穴的方法原子有多种,如用高能电子束、质子束、X 射线作为轰击原子内层电子的炮弹.当原子内层产生空穴后,较外层电子立即自发地填充空穴,同时以辐射光子的方式释放多余的能量,即发射X 射线.X 射线的标记方法（详见P.263表29.1）产生特征X 射线的电子跃迁服从的选择定则:⎪⎩⎪⎨⎧±=∆±=∆≠∆1,010j l nX 射线因电子跃迁的方式不同而分为几个线系,因电子跃迁的终态为8.4 X射线的吸收§6-4 X射线的吸收1.光子与物质的相互作用1）多次小相互作用:单能准直的光子束与物质中电子的相互作用,每次作用都引起光子的能量损失和方向偏转（一般为小角散射）.因此,光子束穿过吸收体后,能量降低并有一个弥散.光子束能否穿过吸收体,与吸收体的厚度有关（其典型实例是康普顿散射）.2）全或无相互作用:光子要么不受相互作用,要么经受一次相互作用后就从射线中束中消失(其典型实例是光电效应).3）电子偶效应:当光子能量大于电子静止能量的两倍（即1.02MeV）时,光子在原子核附近转化为一对正负电子.三种效应的重要性随吸收物的不同而不同,也随光子能量的不同而不同.从右图可分析光子与吸收体间的相互作用主要是何种效应为主.X射线为低能光子束（一般不超过150KeV）,所以X射线吸收主要是光电效应和康普顿效应起主要作用.2.X射线的吸收。
《原子物理学》教案课程简介：《原子物理学》是在经典物理课程（力学、热学、电磁学、光学）之后的一门重要必修课程。
它上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范畴。
它以力、热、光、电磁等课程的知识为基础，从物理实验规律出发，引进量子化概念，探讨原子、原子核及基本粒子的结构和运动规律，从微观机制解释物质的宏观性质，同时介绍原子物理学知识在现代科学技术上的重大应用。
本课程强调物理实验的分析、微观物理概念和物理图像的建立和理解。
通过本课程教学，使学生初步了解物质的微观结构和运动规律，了解物质世界中三个递进的结构层次，为学习量子力学和后续专业课程打下基础。
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像，以及支配物质运动和变化的基本相互作用。
该课程大致分为三个层次：第一是成熟、已有定论的基本内容，要求学生掌握并能运用；第二是目前已取得的最新研究成果，要求学生明确其物理概念和物理图像；第三是前沿研究课题内容，要求学生了解并知道其研究方向。
本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
部分内容由学生自行学习。
本课程原则上采用SI 单位制，同时在计算中广泛采用复合常数以简化数值运算。
[通常用Å（1Å=10-10m ）描写原子线度，用fm (m fm 15101-=)描写核的线度，用eV 、MeV 描述原子和核的能量等。
]第一章 原子的位形：卢瑟福模型§1-1背景知识“原子”概念（源于希腊文，其意为“不可分割的” ）提出已2000多年，至19世纪，人们对原子已有了相当的了解。
由气体动理论知，1mol 原子物质含有的原子数是12310022.6-⨯=mol N A 。
因此可由原子的相对质量求出原子的质量，如最轻的氢原子质量约为kg .2710671-⨯；原子的大小也可估计出来，其半径是nm .10(m 1010-)量级。
这些是其外部特征，深层的问题：原子为何会有这些性质？原子的内部结构是怎样的？一、电子的发现1879年，克鲁克斯(英)以实验说明阴极射线是带电粒子，为电子的发现奠定基础。
1883年，法拉第(英)提出电解定律，据此推得：1mol 任何原子的单价离子均带有相同的电量。
由此可联想到电荷存在最小的单位。
1881年，斯通尼(英)提出用“电子”这一名子来命名这些电荷的最小单位。
1897年，汤姆逊（son J.J.T hom ，1856-1940，英，15岁进入欧文学院读书，20岁进入剑桥三一学院学习，在其94岁高龄的一生中，一直在剑桥教书和研究。
自27岁起任卡文迪许实验室主任共34年。
因发现电子而获1906年诺贝尔物理学奖。
）通过实验确认电子的存在。
高真空放电管中的阴极射线经狭缝约束后成一窄束射线，通过电场和磁场后到达荧屏，从其偏转可判断所受的电场力和磁场力，从而算得电子的荷质比me。
在汤姆逊之前，赫兹（德）做的类似实验未发现射线偏转（因高真空不易实现），误认为阴极射线不带电。
休斯脱做过氢放电管中阴极射线偏转的研究，得出阴极射线粒子的荷质比为氢离子的千倍以上。
但自己认为此结果是荒谬的，因为他认为射线粒子应比氢原子大。
在1897年考夫曼（德）也做过与汤姆逊类似的实验且结果更精确，但他不承认阴极射线是粒子的假设，直到1901年才将实验结果公布。
二、 电子的电荷和质量精确测定电子电荷的是密立根（美）油滴实验（1910年）, 得出电子电荷的值C e 19106.1-⨯≈，再由me之值求得电子质量kg m e 311011.9-⨯≈。
密立根并据此发现电荷是量子化的。
（电荷为何是量子化的机制至今仍未解决）15271.1836m m ep =是原子物理学中两个重要的无量纲常数之一（另一个为精细结构常数）。
此常数决定了原子物理学的主要特征，物理学至今无法从第一性原理导出此常数。
由此还可得出u kg m p 007276470.11067.127=⨯≈-（在估算中可当作一个u ）按照相对论质能关系2mc E =，可得出⎩⎨⎧≈≈22/27.938/51.0cMeV m cMeV m p e ，这是微观物理学中用能量单位表示质量的常用方法。
三、 阿伏伽德罗常数：12310022.6-⨯=mol N Amol 1物质的所含是粒子数目与12克C 12的原子数目相当。
A N 是联系宏观量与微观量的重要常数，起到桥梁的作用。
物质质量单位g 与原子质量单位u 之比为u g N A 11=，(kg .u 27106611-⨯=)；在热学中有k R N A =；在电学中法拉第常数F 也是通过A N 与e 相联系的，有eFN A =。
(法拉第常数F ：产生１摩尔的任何物质所需的电量为96493库仑，或表示为mol /C .410659⨯)四、 原子大小的估算1)从晶体中原子的规则排列估计：设原子挨排，某种原子X A的质量密度为ρ，球形原子半径为r ，则有334334AA N A r A N r πρρπ=⇒=。
据此式可估算出不同原子的半径(详见教材)，知不同原子的半径相差不大，其数量级为Å（1Å=10-10m)，这是经典物理学无法解释的。
2)从气体动理论估计：气体平均自由程nd 221πλ=，式中n 为分子数密度，d 为分子直径。
若由实验得出λ和n ，则可求出分子半径r 。
单原子分子的半径即为原子半径，简单分子的半径的数量级与其原子半径的数量级相同。
3)从范德瓦尔斯方程估计：在RT )b V )(V ap (=-+2中，b 值按理论应为分子体积的4倍，由实验得出b 即可确定分子半径，其数量级与原子半径相同。
用不同的方法估算出的原子半径有些出入，但数量级都是10-10m 。
§1.2卢瑟福模型一、卢瑟福模型的提出在汤姆逊发现电子之后，为解释原子中正负电荷分布的问题，曾先后有多种模型。
1.汤姆逊模型（也称西瓜模型或葡萄干面包模型。
1898年提出，至1907年进一步完善）：原子中正电荷均匀分布在整个原子球体内，电子均匀地嵌在其中。
电子分布在一些同心环上。
此模型虽不正确，但其“同心环”概念及环上只能安置有限个电子的概念是可贵的。
2.长冈半太郎行星模型（1904年提出）：原子内正电荷集中于中心，电子绕中心运动。
（但未深入下去）3.卢瑟福核式结构模型（卢瑟福在其学生盖革、马斯顿的α粒子散射实验之后提出） 一个有用的电荷常数表示法：MeV fm ⋅=44.14e 02πε (m fm 15101-=) 二、α粒子散射实验α粒子即氦核，其质量为电子质量的7300倍。
卢瑟福于1909年观察到α粒子受铂箔散射时，除小角度散射外还有1/8000的α粒子属大角度散射（偏转大于900），甚至有接近180的。
他们的实验装置如图示。
大角度散射不能解释为是偶然的小角度散射的累积，它只可能是一次碰撞的结果。
这不可能由汤姆逊模型所形成，所以这样的结果表明汤姆逊模型是不成立的。
卢瑟福在此基础上，于1911年提出其核式模型。
三、α粒子散射理论设有一个动能为E(质量为m ，速度为v)的α粒子射到一个静止的原子核Ze 附近，在核的质量远大于α粒子质量时，可认为核不会被推动。
则α粒子受库仑力作用而改变了方向。
如右图示，b 为瞄准距离(也称碰撞参数)，可由力学原理证明α粒子的路径是双曲线，瞄准距离b 与偏转角θ的关系称为库仑散射公式：2cot 2θa b =，式中库仑散射因子E Zke a 22=(导出过程此略。
此式在理论上重要，但在实验中无法测量b) 显然，πθ=时，b a 2=设薄箔面积为A ，厚度为t(甚薄，以致薄箔中的原子对射来的α粒子无遮蔽)。
瞄准距离在)(db b b -→为半径的环形面积内的α粒子，即通过以b 为外半径，（b-db ）为内半径的环形面积（db b π2）的α粒子，必定散射到角度在)(θθθd +-间的空心圆锥体内。
从空间几何知，[面元的立体角为2r dSd =Ω。
立体角的单位叫球面度(sr)]，空心圆锥体的立体角为θθθπθθπθθπd d rrd r r dS d 2cos 2sin 4sin 2sin 222==⋅==Ω α粒子散射到立体角Ωd 内每个原子的有效散射截面为σd 。
2sin sin 82sin 2cos42sin 42cot 22242322θθθπθθθπθθθππσd a d a d a a db b d ==⋅== α粒子打在环上的几率： 2842θθθπσsin d sin A a A d =。
所以有：21642θσsin d Aa A d Ω=对于薄箔而言，对应于一个原子核就有一个这样的环，设薄箔上的原子核数密度为n ，则在体积At 内共有nAt 个环，故一个α粒子打在薄箔上被散射到θθθd +-(即Ωd 方向)范围内的几率为：nt d nAt Ad )(dp ⋅==σσθ若有N 个α粒子打在薄箔上，则在Ωd 方向可测到散射的α粒子数应为：2sin)4()(42θσθΩ=⋅=='d a Nnt nt Nd Ndp N d 定义微分截面：Ω'=Ω=Nntd N d d )(d )(c θσθσ。
卢瑟福散射公式的物理意义：α粒子散射到θ方向单位立体角内每个原子的有效散射截面。
)(c θσ具有面积的量纲，单位：sr /m 2。
(sr ：球面度，为立体角的单位。
)通常以靶恩(b ，简称靶；228101m b -=)为截面单位，则相应的微分散射截面)(c θσ的单位为sr /b 。
以上推导中假定原子核不动。
在实际应用时必须将其转为实验室坐标系的形式。
四、卢瑟福公式的实验验证 1、盖革-马斯顿实验(1913)此实验证明了卢瑟福散射公式是正确的。
1920年查德威克用改进的装置首次用所测数据代入卢瑟福公式得出原子的电荷数Z ，确定了Z 等于该元素的原子序数。
卢瑟福公式据经典理论导出而在量子理论中仍成立，这是很少见的。
2、 原子核的大小(这是两个粒子在有相互作用时能靠近的最小距离，与瞄准距离不同。
)设α粒子（Z 1）距核（Z 2）很远时速度为v ，距核近到感受到核的库仑力时速度为v '，据能量守恒律有：rke Z Z v m mv 221222121+'= 因α粒子在有心力场中运动，其角动量守恒，故：mvb drd mr v m r L ==⨯=ϕ2 (常数)当m r r =时，径向速度为0，只有切向速度(“近日点”特征)，于是m m r mv mvb =经整理后得：m m r ke Z Z mv E 221221+=⇒m mr ke Z Z mr L E 221222+=上式中，右边第一项是α粒子的离心能，第二项是在近日点的势能。
