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1、單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,原子物理,大連理工大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,李崇,參考書(shū),褚圣麟 原子物理學(xué),Paul Tipler,Modern Physics,C.J.Foot Atomic Physics,陳宏芳 原子物理學(xué),安 排,a.,作業(yè)、平時(shí)表現(xiàn),20%,b.,期末考試,80%,c.,常規(guī)答疑兩周一次,地點(diǎn)：物理系,219,室,時(shí)間：周四下午,Email:,緒論,古代原子學(xué)說(shuō),B.C.4,世紀(jì),Democritus,組成物質(zhì)的最小單元，永恒不變,原子,（,Atom,）,人之生，氣之聚也,;,聚則為生，散則為死。,-,莊子,知
2、北游,端，體之無(wú)序最前者也。,-,墨經(jīng),至大無(wú)外，謂之大一；其小無(wú)內(nèi)，謂之小一。,-,惠子,機(jī)械原子學(xué)說(shuō),17,世紀(jì),Newton,有質(zhì)量的球形微粒,通過(guò)吸引力機(jī)械地結(jié)合成宏觀物體,原子的運(yùn)動(dòng)是機(jī)械位移，遵守力學(xué)定律,困難：不能解釋光、電、熱等物理現(xiàn)象和燃燒等化學(xué)過(guò)程,原子,1811,年,Avogadro,化學(xué)原子學(xué)說(shuō),1808,年,Dalton,化學(xué)反應(yīng)中，原子不可分解，性質(zhì)不變；,不同元素的原子不同，每種原子有確定原子量。,氣體由分子組成，分子由原子組成。,1869,年,Mendeleev,發(fā)現(xiàn)元素周期律，預(yù)言新元素,同溫同壓的同體積氣體含相同數(shù)目的分子。,原子是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)層次，介于分
3、子和原子核之間。,1911,年,Rutherford,原子核式結(jié)構(gòu)模型,1913,年,Bohr,原子量子理論,解釋氫光譜,1923-1927,量子力學(xué)誕生,成功解釋原子現(xiàn)象,1960s,激光器的發(fā)明 激光與原子的相互作用,激光制冷,超冷原子,BEC,現(xiàn)代原子學(xué)說(shuō),19,世紀(jì)末,三大發(fā)現(xiàn),X,射線、放射性和電子,學(xué)習(xí)方法,學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆,論語(yǔ)。為政,課后查找相關(guān)資料豐富所學(xué)知識(shí),第一章 盧瑟福模型,1.1,背景介紹,電子的發(fā)現(xiàn),1676,年法國(guó) 良卡德 發(fā)現(xiàn)水銀熒光現(xiàn)象,1650,年奧托,馮,格里克發(fā)明真空泵后物理學(xué)家開(kāi)始在稀薄空氣中做電的試驗(yàn),1705,年豪克斯對(duì)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在
4、部分真空中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦才有熒光,1833,年法拉第 改進(jìn) 抽真空的玻璃管置入電極 輝光放電,1857,年德國(guó)玻璃工海因里希,蓋斯勒發(fā)明了更好的泵來(lái)抽真空，由此發(fā)明了蓋斯勒管,1858,德國(guó)普呂克利用“蓋斯勒管”研究氣體放電，輝光現(xiàn)象隨磁場(chǎng)變化改變形狀,1869,其學(xué)生西多夫,10,萬(wàn)分之一大氣壓下，物體置入陰極與熒光屏之間會(huì)有影子，射線起源于陰極，射線直線傳播,德國(guó)物理學(xué)家哥爾德斯坦稱(chēng)這種射線為“陰極射線”,法拉第電解定律,1833,年,1871,年，瓦萊發(fā)現(xiàn)陰極射線能為磁鐵偏轉(zhuǎn)，是帶負(fù)電的。,1874,年，,Stoney,提出電荷的最小單位,1881,年，,Stoney,命名電量子為電子,1
5、887,年克魯克斯得到了百萬(wàn)分之一個(gè)克魯克斯管”，他在實(shí)驗(yàn)中不僅驗(yàn)證了陰極射線是帶電的，還發(fā)現(xiàn)陰極射線具有熱效應(yīng)并具有動(dòng)量。,1891,年赫茲發(fā)現(xiàn)了陰極射線能夠穿透金屬薄片,勒納德為陰極射線管開(kāi)了一個(gè),0.000265,厘米厚鋁箔的窗口，把陰極射線引到管外空間，使幾厘米遠(yuǎn)處的熒光屏發(fā)出熒光。,1897,年英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜測(cè)定陰極射線的質(zhì)荷比，,1897,年德國(guó)物理學(xué)家布勞恩（,Kari Ferdinand Braun,）發(fā)明陰極射線管，被用于一臺(tái)示波器中首次與世人見(jiàn)面,Sir Joseph John Thomson,J.J.Thomson 1897,放電管,湯姆遜被譽(yù)為,:,“,一位最先打開(kāi)
6、通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人,.,”,1906,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),再加磁場(chǎng),B,后，射線不偏轉(zhuǎn)，,。,加電場(chǎng),E,后，射線偏轉(zhuǎn)，,陰極射線帶負(fù)電。,去掉電場(chǎng),E,后，射線成一圓形軌跡,，,求出荷質(zhì)比。,電子電荷及質(zhì)量及阿佛伽德羅常數(shù),1909,年,Millikan,油滴實(shí)驗(yàn),原子的大小,二,、湯姆遜原子模型,布丁模型,1903,年,Thomson,提出,“,葡萄干蛋糕,”,式原子模型或稱(chēng)為,“,西瓜,”,模型,原子中正電荷和質(zhì)量均勻分布在原子大,小,的彈性實(shí)心球內(nèi),，,電子就象西瓜里的瓜子那樣嵌在這個(gè)球內(nèi),。,該模型對(duì)原子發(fā)光現(xiàn)象的解釋,電子在其平衡位置作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的結(jié)果,，,原子所發(fā)出的光的頻率
7、就相當(dāng)于這些振動(dòng)的頻率。,諾貝爾獎(jiǎng)得主的幼兒園,盧瑟福一生至少培養(yǎng)了,10,位諾貝爾獎(jiǎng)得主,尼爾斯,.,玻爾，,1922,年諾貝爾物理獎(jiǎng),保羅,.,狄拉克，,1933,年諾貝爾物理獎(jiǎng),詹姆斯,.,查德威克,1935,年諾貝爾物理獎(jiǎng),布萊克特,1948,年的諾貝爾物理獎(jiǎng),沃爾頓和考克勞夫特,1951,諾貝爾物理獎(jiǎng),索迪，,1921,年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,赫維西，,1943,年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,哈恩，,1944,年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,鮑威爾，,1950,年諾貝爾物理獎(jiǎng)。,貝特，,1967,年諾貝爾物理獎(jiǎng)。,卡皮查，,1978,年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,Ernest Rutherford,1908,年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),T
8、homson,“,葡萄干蛋糕,”,式原子模型,T,模型,“,就像一枚,15,英寸的炮彈打在一張紙上又被反射回來(lái)一樣，,”,E.Rutherford(1871-1937),T,模型中易穿過(guò)原子，只能發(fā)生小角度散射。,重元素原子正電部分近似固定不動(dòng),粒子進(jìn)入原子內(nèi)部時(shí)，,電子,的影響可忽略,R,模型,距核愈近力愈大，可能被大,角度散射,。,有用的組合常數(shù),T,模型與,R,模型的,粒子散射結(jié)果,庫(kù)侖散射公式,稱(chēng)為庫(kù)侖散射因子，稱(chēng)為瞄準(zhǔn)距離（又稱(chēng)碰撞參數(shù)）,1.3,盧瑟福散射公式,證明,：,假設(shè)靶核不動(dòng)，取靶核處為坐標(biāo)原點(diǎn),帶電粒子的坐標(biāo),帶電粒子庫(kù)倫勢(shì)能,a,的含義：帶電粒子與原子核的距離為,a,時(shí)
9、，,其庫(kù)侖勢(shì)能等于,粒子的初始動(dòng)能,帶電子粒子在中心保守力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，滿足能量守恒和角動(dòng)量守恒,邊界條件,成立的假設(shè)條件是：,（,i,）只發(fā)生單次散射；,（,ii,）只有庫(kù)侖相互用,;,（,iii,）核外電子的作用可以忽略；,iv,）靶核靜止不動(dòng)。,具有確定能量的粒子束均勻入射，研究散射粒子的角分布,盧瑟福散射公式,入射粒子流密度,入射粒子數(shù)按 的分布,散射粒子數(shù)按 的分布,微分散射截面,Rutherford,公式,定義微分截面,物理意義：,入射粒子散射到 角方向單位立體角內(nèi)每個(gè)原子,的有效散射截面,L,系（實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系）,靶：很薄的金屬箔,核不相互遮掩，都起散射作用。入射粒子最多被散射一次。,
10、厚度,原子數(shù)密度,靶核數(shù),總的微分散射截面,盧瑟福公式忽略電子屏蔽作用，對(duì)小角度散射不適用。,蓋革馬斯頓實(shí)驗(yàn)（,1913,年）,實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證：,靶不變，粒子能量不變,改變靶厚,改變粒子能量,改變靶材,1920,年,Chadwick,改進(jìn)儀器，測(cè)靶材原子序數(shù),實(shí)驗(yàn)確認(rèn),“,核式模型,”,的正確性,年,蓋革,馬斯,頓實(shí)驗(yàn)，查德維克,原子核大小的估計(jì),由上兩式及庫(kù)侖散射公式可得,R,=310,-14,m,（金）,R,=1.2 10,-14,m,（銅）,10,-14,m,10,-15,m,（一）意義：,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)，即提出了以核為中心的概念,粒子散射實(shí)驗(yàn)為人類(lèi)開(kāi)辟了一條研究微觀粒子結(jié)構(gòu)的新途徑。
11、,粒子散射實(shí)驗(yàn)還為材料分析提供了一種手段。,盧瑟福模型的缺陷,盧瑟福模型的,3,個(gè)困難,穩(wěn)定性,同一性,再生性,動(dòng)能為,5.0 MeV,的,粒子被金核以,90,o,角散射時(shí)，它的瞄準(zhǔn)距離（碰撞參數(shù)）為多大,?,利用庫(kù)侖散射公式,解：,例題,例,2.,動(dòng)能為,1.OMeV,的窄質(zhì)子束垂直地射到質(zhì)量厚度為,l.5 mg,cm2,的金箔上。若金箔中含有百分之三十的銀，試求散射角大于,30,度,的相對(duì)質(zhì)子數(shù)為多少？銀的原子序數(shù)為,47,，原子量為,108,。,解：,入射粒子流密度,每個(gè)靶粒子提供的散射截面,整個(gè)金箔產(chǎn)生的散射角大于,30,度的散射粒子數(shù),金箔中靶核數(shù),一束,粒子垂直射至一重金屬箔上，試求,粒子被金屬箔散射后，散射角大于,60,的,粒子數(shù)與散射角大于,90,的,粒子數(shù)之比。,解：,
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