原子物理學(xué)：第8章 第1節(jié) X射線的發(fā)現(xiàn)及其波性

1、8.1 X射線的發(fā)現(xiàn)及其波性一、X射線的發(fā)現(xiàn)克魯克斯設(shè)計了高真空的陰極射線管，后人稱克魯克斯管。1879年他證明了陰極射線是帶電的粒子流（后湯姆孫進(jìn)一步確認(rèn)為是電子）。他還同時抱怨陰極射線管附近使照片發(fā)生莫名其妙的感光一事。1895年，倫琴用黑紙把陰極射線管包起來，發(fā)現(xiàn)1m遠(yuǎn)處的熒光屏上發(fā)出微弱的熒光，甚至將屏移出2m之外還有熒光出現(xiàn)。這種射線走直線，不反射、不折射，也不受磁場偏折。所以他稱未知的射線為X射線。但它的穿透性很強(qiáng)，可穿透他夫人的手顯示出手骨骼圖象。倫琴夫人手指骨照片在醫(yī)學(xué)上具有劃時代意義。1895年12月28日，倫琴宣讀了“論新的射線”；1901年獲第一個諾貝爾物理獎。它與接下兩

2、年宣布的放射性（1896）和電子的發(fā)現(xiàn)（1897）一起，揭開了近代物理的序幕?！颈举|(zhì)】 X射線具有光所具有的一切性質(zhì)：反射、折射、 偏振等，所以X射線從本質(zhì)上來說是一種電磁波但其波長比通常的光波要短的多。【性質(zhì)】 穿透性很強(qiáng)； 使熒光屏發(fā)出熒光； 使照相底片爆光； 使氣體電離； 對動植物組織有刺激作用。1912年，勞厄提出借助晶體天然光柵觀察X射線的衍射。很快被弗里德克和尼平實(shí)驗所證實(shí)，證明了X光的波動性。勞厄因研究晶體的X射線獲1941年諾貝爾物理獎。二、X射線的衍射X 射線照射晶體時，每個原子（表層，內(nèi)層）受迫振動，并以此振動頻率向各方向發(fā)出子波。每個原子都是散射子波的波源。布喇格父子提出

3、了研究 x 射線衍射更簡單的方法，得出了x射線在晶體上衍射主極大的公式。(1915. Nob)晶格上的原子相當(dāng)于縫;晶格常數(shù)相當(dāng)光柵常數(shù)。整個晶體點(diǎn)陣是由一族相互平行的晶面組成的。 x 射線能穿入內(nèi)部。先看同一層晶面上各個原子散射的衍射子波的干涉相當(dāng)于光柵衍射; 零級主極大是最強(qiáng)的，我們只考慮它。在同一層晶面上散射的光，只有服從反射定律的, 光程差才為零，才是零級主極大。A1B1C1再看不同晶面的衍射子波的干涉并不是隨便什么 角，都能在反射的方向獲得干涉加強(qiáng)的結(jié)果。相鄰晶面散射光 1 和 2 的光程差為d：晶面間距 (晶格常數(shù)） : 掠射角ddsin12晶面ACB必須各層晶面的散射光也干涉加強(qiáng)才行！布拉格公式：滿足這樣關(guān)系的方向上X射線衍射加強(qiáng)例題：（1）波長為0.210nm的X射線在NaCl晶體的天然晶面上“反射”，當(dāng)掠角為21o50時，產(chǎn)生一級衍射極大。試確定晶體的晶格常數(shù)d。（2）根據(jù)d值和NaCl的密度（2.163g/cm3)，計算阿氏常數(shù)。已知Na的原子量為22.99，Cl的原子量為35.45。解: (1)布拉格公式(2)NaCl晶體是立方晶體，1cm3的正方體內(nèi)所含的原子數(shù)為：N=(1/d)3，因此每克NaCl所含