原子物理學(xué)教程課件

原子物理學(xué)高宏西安交大理學(xué)院原子物理學(xué)高宏西安交大理學(xué)院教材：

《近代物理學(xué)》王永昌編

高等教育出版社

主要參考書：●《原子物理學(xué)》楊福家著高等教育出版社●《原子物理學(xué)》褚圣麟編高等教育出版社●《原子物理學(xué)》陳宏芳編

科學(xué)出版社●AtomicPhysicsC.J.FontOxfordUniv.●《原子物理學(xué)教程》黃永義編待出版教材：主要參考書：●《原子物理學(xué)》楊福家著高等教育出版社●作業(yè)—

課后習(xí)題挨個(gè)做，每周交一次作業(yè)。

●答疑

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(暫定)星期五上午10:00~12:00中1-3133高宏

Email:honggao@

教學(xué)活動(dòng)

●考試成績(jī)：作業(yè)10%+出勤、課堂10%+期末考試80%

●課時(shí)：48學(xué)分：3●作業(yè)—課后習(xí)題挨個(gè)做，每周交一次作業(yè)?！?/p>

主要內(nèi)容緒論(~6學(xué)時(shí))盧瑟福－玻爾原子理論(~8學(xué)時(shí))

量子力學(xué)初步(~6學(xué)時(shí))單電子原子(~10學(xué)時(shí))多電子原子(~8學(xué)時(shí))磁場(chǎng)中的原子(~4學(xué)時(shí))

分子(~2學(xué)時(shí))原子核(~4學(xué)時(shí))主要內(nèi)容緒論(~6學(xué)時(shí))

課程特點(diǎn)注意微觀與宏觀的區(qū)別：原子物理是關(guān)于微觀結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科，對(duì)于微觀體系不能都按照宏觀規(guī)律描述。微觀現(xiàn)象需由量子理論來描述，宏觀現(xiàn)象是由經(jīng)典理論描述的，而經(jīng)典理論只是量子理論的近似。原子物理課主要介紹的是半經(jīng)典的量子理論，反映了近代物理的發(fā)展，從中可以體會(huì)到物理學(xué)發(fā)展的規(guī)律，在學(xué)到具體知識(shí)的同時(shí)，領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究的方法和思想。實(shí)際上量子力學(xué)就是解決原子能級(jí)和光譜中發(fā)展起來的。善于利用物理直覺和物理圖像去理解和分析物理問題。課程特點(diǎn)注意微觀與宏觀的區(qū)別：原子物理是關(guān)于微觀結(jié)構(gòu)的一門第一章緒論第一章緒論

物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)層次

原子物理學(xué)作為物理學(xué)的一個(gè)分支，是關(guān)于物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科，主要研究原子的結(jié)構(gòu)、光譜，還包括原子核的一些知識(shí)。原子是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)層次——介于分子和原子核兩層次之間。各層次的相互作用類型。物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)層次原子物理學(xué)作為物理E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的細(xì)胞原子原子核基本粒子DNA長度星系團(tuán)銀河系最近恒星的距離太陽系太陽山哈勃半徑超星系團(tuán)人蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次0.1~100nm納米材料E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06原子物理學(xué)教程課件

單位和物理常量國際單位制(SI)和7個(gè)基本單位：長度（m，米）質(zhì)量（kg，千克）時(shí)間（s，秒）電流（A，安培）熱力學(xué)溫度（K，開爾文）物質(zhì)的量（mol，摩爾）發(fā)光強(qiáng)度（cd，坎德拉）單位量級(jí)倍數(shù)的表示：數(shù)值詞頭符號(hào)中文數(shù)值詞頭符號(hào)中文1018exa-E艾克10-18atto-a阿(托)1015peta-P拍它10-15femto-f飛(母托)1012tera-T太拉10-12pico-p皮(叩)109giga-G給咖10-9nano-n納(諾)106mega-M兆10-6micro-微103kilo-k千10-3mili-m毫單位和物理常量國際單位制(SI)和7個(gè)基本單位：?jiǎn)挝涣考?jí)倍物理常量：物理常量：1.原子的質(zhì)量原子質(zhì)量1/12原子質(zhì)量單位u

定義為(

1961年國際原子量委員會(huì)規(guī)定)

：一個(gè)處于基態(tài)的中性原子的質(zhì)量數(shù)(原子量A)：將其他原子的質(zhì)量同u相比較，所得的數(shù)值如：質(zhì)量最輕的氫原子：1.673×10-27kg~1u

含量最豐富的原子12C：1.994×10-26kg

12u

原子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)：10-27kg——

10-25kg1~200u原子的大小和質(zhì)量：1.原子的質(zhì)量原子質(zhì)量1/12原子質(zhì)量單位u定義為2.阿伏伽德羅常量Avogadroconstant是聯(lián)系宏觀與微觀的一個(gè)物理量。每個(gè)原子的質(zhì)量，若以克(g)為單位，可表示為g是宏觀單位，u

是微觀單位。又法拉第常數(shù)熱學(xué)中曾學(xué)習(xí)過NA是物理學(xué)中一個(gè)很重要的常量，是聯(lián)系微觀物理學(xué)和宏觀物理學(xué)的紐帶，從宏觀量的測(cè)定導(dǎo)出微觀量時(shí)起著橋梁作用。

NA的巨大正說明了微觀世界是多么的細(xì)小!2.阿伏伽德羅常量Avogadroconstant是3.原子的大小～10-10m(1)從晶體中原子按一定的規(guī)律排列估計(jì)原子的大小0.14~0.19nm(2)從氣體分子運(yùn)動(dòng)論可以估計(jì)原子的大小對(duì)于單原子氣體分子，實(shí)驗(yàn)測(cè)得n和l，算得的r就是原子半徑。(3)從范德瓦爾斯方程測(cè)定原子的大小V是分子體積，b=4V，實(shí)驗(yàn)測(cè)得b，就可算得分子的半徑,其與原子半徑數(shù)量級(jí)相同。Li0.16；Al0.16;Cu0.14;S0.18;Pb0.19，單位nm3.原子的大小～10-10m(1)從晶體中原子按一定的發(fā)展簡(jiǎn)史樸素的古代原子論

古希臘留基伯(Leucippcus)和德謨克利特(Democritus，約公元前460年-370年)認(rèn)為：物質(zhì)都是由一些堅(jiān)硬地、不可再分的微粒構(gòu)成的，命名為atom，即“原子”。亞里士多德(Aristoteles，約公元前384年-322年)認(rèn)為：物質(zhì)是連續(xù)的，可以無限止地分割下去。這一觀點(diǎn)在中世紀(jì)時(shí)占優(yōu)勢(shì)。但16世紀(jì)之后，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，物質(zhì)的原子觀又為人們所接受。差不多在同時(shí)代，亞里士多德(Aristotle)、阿那薩古臘(Anaxagoras)等人卻反對(duì)物質(zhì)的原子觀。如GGalilei,RDescartes,RBoyle,INewton都支持?！耙怀咧ⅲ杖∑浒?，萬世不竭”?發(fā)展簡(jiǎn)史樸素的古代原子論古希臘留基伯(Leucippcus

中國早在戰(zhàn)國時(shí)期(公元前476-221）就出現(xiàn)了與上述相類似的兩種觀點(diǎn)。主張物質(zhì)不可無限分割派：戰(zhàn)國墨翟（公元前468-376）：《墨經(jīng)》中曾記載“端：體之無序最前者也”。意為“端”是組成物體(“體”)的不可分割(“無序”)的最原始的東西(“最前者”)。惠施，“其小無內(nèi)，謂之小一?！比寮抑鳌吨杏埂罚骸罢Z小，天下莫能破焉?！敝鲝埼镔|(zhì)可以無限分割派：公孫龍：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭?！眹?yán)復(fù)翻譯的《穆勒名學(xué)》中首次將“Atom”譯為“莫破”，介紹至中國，而把“AtomTheory”譯為“莫破質(zhì)點(diǎn)論”。中國早在戰(zhàn)國時(shí)期(公元前476-221）就出現(xiàn)了與上述相類

1806年，法國化學(xué)家普魯斯脫(J.L.Proust)發(fā)現(xiàn)化合物分子組成定律，如不同方法制備碳酸銅，銅碳氧質(zhì)量比例都是5:4:1十九世紀(jì)一些重要的發(fā)現(xiàn)：原子也只是物質(zhì)的一個(gè)層次

1807年，英國化學(xué)家道爾頓(J.Dalton，1766-1844)發(fā)現(xiàn)倍比定律，并提出原子論:一切物質(zhì)都由極小的微粒原子組成的，不同元素的原子具有不同的性質(zhì)，兩種不同的原子化合成化合物時(shí)有簡(jiǎn)單的數(shù)值比。

1808年，法國蓋·呂薩克(J.L.Gay-Lussac)發(fā)現(xiàn)氣體化合時(shí)，各氣體的體積成簡(jiǎn)比的定律，并由之認(rèn)為元素氣體在相等的體積中的重量應(yīng)正比于它的原子量；

1811年，意大利物理學(xué)家阿伏伽德羅(A.Avogadro，1776-1856)提出阿伏伽德羅假說，并提出了分子的概念；同體積氣體在同溫同壓下含有同數(shù)之分子。1806年，法國化學(xué)家普魯斯脫(J.L.Proust)發(fā)

1826年，英國布朗(R.Brown)觀察到液體中的懸浮微粒作無規(guī)則的起伏運(yùn)動(dòng)，即所謂的布朗運(yùn)動(dòng)；

1833年，英國法拉第(M.Faraday，1766-1844)提出電解定律，并把化學(xué)親和力歸之為電力；

1869年，俄國門捷列夫(Д,И.МeHдeлeeB)提出元素周期律。特別是十九世紀(jì)末的三大發(fā)現(xiàn)揭開了近代物理的序幕X射線：1895年德國物理學(xué)家倫琴(W.R?ntgen)發(fā)現(xiàn)了X射線

放射性：1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾(A.H.Becquerel)發(fā)現(xiàn)了放射性

電子：1897年英國物理學(xué)家湯姆遜(J.J.Thomson)發(fā)現(xiàn)了電子，這是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)從原子中分離出來的更小的微粒。1826年，英國布朗(R.Brown)觀察到液體中的懸浮

二十世紀(jì)原子物理的發(fā)展1911年，盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型；1913年，玻爾（1922年）提出氫原子的玻爾理論；1925-28年，原子理論的發(fā)展導(dǎo)致了海森伯，玻恩，約當(dāng)，薛定諤，狄拉克建立量子力學(xué)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，海森伯等提出原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成1938年OttoHahn等發(fā)現(xiàn)重核鈾裂變,開辟了核能時(shí)代二十世紀(jì)原子物理的發(fā)展1911年，盧瑟福提出原子的核式

原子物理的地位和作用原子物理是物質(zhì)微觀規(guī)律，是較宏觀現(xiàn)象更基本的規(guī)律固體有導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體之分；導(dǎo)熱率高的物體導(dǎo)電率也高；物體發(fā)光等，搞清楚