《原子物理》PPT课件

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1、原子物理学(AtomicPhysics)主要参考书：褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社杨福家，《原子物理学》，高等教育出版社周尚文，《原子物理学》，兰州大学出版社赵凯华、罗蔚茵，《量子物理》，高等教育出版社主讲：侯春风教授哈尔滨工业大学物理系物理学是研究物质结构、相互作用和物质运动最基本、最普遍的规律的科学，它的研究对象十分广泛。空间尺度（相差1046）1026m（约150亿光年）（宇宙）——10-20m（夸克）时间尺度（相差1045）1018s（150亿年）（宇宙年龄）——10-27s（硬射线周期）速率范围

2、0（静止）——3108m/s（光速）不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究102510-2510-1510-2010-1010-511051015102010101021041061081010相对论物理经典物理量子物理?人类活动尺度(cm)速度(cm/s)物质世界结构实物分子原子原子核质子中子夸克电子(轻子)场规范粒子宇宙大爆炸标准模型粒子物理标准模型宇宙费米子1m10-2010-1510-1010-51015105101010251020W++粒子微观介观宏观宇观山太阳系地球星系团星系原子原子核DNA人原子物

3、理学是研究原子的结构、性质及其运动规律的一门科学。“原子”一词来自希腊文，含义是“不可分割的”。公元前四世纪，古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)提出了这一概念，并把它当作物质的最小单元。1807年，英国科学家约翰·道尔顿(JohnDalton)提出原子论。他认为原子类似于刚性的小球，它们是物质世界的基本结构单元，是不可分割的。In1807,anEnglishscientistcalledJohnDaltonputforwardhisideasaboutatoms.Fromhisexperimentsandob

4、servations,hesuggestedthat:Atomswereliketiny,hardballs.Eachchemicalelementhaditsownatomsthatdifferedfromothersinmass.Daltonbelievedthatatomswerethefundamentalbuildingblocksofnatureandcouldnotbesplit.Inchemicalreactions,theatomswouldrearrangethemselvesandcombinewi

5、thotheratomsinnewways.道尔顿用他的学说说明了化学中的物质不灭定律等。道尔顿的原子说是根据事实概括的结果，能够用来研究和发现新的现象，因此比古代原子说更进一步。十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现，如电子、X射线和放射性元素的发现表明原子是可以分割的，它具有比较复杂的结构。那么，原子是怎样组成的？原子的运动规律如何？这就是原子物理学要研究的问题。ThetopphysicistsofalltimePhysicsWorld第1章原子的基本状况1.1原子的质量和大小各种原子的质量不同．在化学和

6、物理学中常用它们质量的相对值。现在把碳在自然界中最丰富的一种同位素的质量定为12.000个单位作为原子质量的标准，其他原子的质量同碳12比较，定出质量，称为原子量。例如氢的原子量是l.0079、碳是12.0117、氧是15.999、铜是63.54。原子量可用化学方法测定。知道了原子量，就可以求出原子质量的绝对值：其他原子的质量可同样算出，最大的原子质量是这个值的二百几十倍。由(1)式可算出氢原子的质量为：(1)其中，A为原子量，MA为原子质量，N0为阿伏伽德罗常数。原子的大小可按下述几个方法估计：(1)对任意一种原子AX

7、，A克X原子具有N0个X原子，如果这种原子的质量密度是(克/厘米3)，设原子的半径为r，则有：(2)根据气体分子平均自由程由实验测出及分子数密度n，即可算出r。简单分子的半径的数量级与组成该分子的原子的半径相同。对单原子分子，r就是原子半径。(3)由范德瓦尔斯方程：b值按理论应等于分子所占体积的四倍，由实验测出b，就可算出分子直径，其数量级和原子半径相同。用不同方法估算出的原子半径有一定的偏差，但数量级相同，都是10-10米。1.2电子的发现1833年，法拉第(M．Faraday)提出电解定律，依此推得：一摩尔任何原

8、子的单价离子永远带有相同的电量。这个电量，就是法拉第常数F，其值是法拉第在实验中首次确定的。1874年，斯通尼(G.J.Stoney)指出，电离后的原子所带的电荷为一基本电荷的整数倍，并推算出这一基本电荷的近似值(e=F/N0)。在1881年，斯通尼提出用“电子”命名基本电荷。1897年，英国物理学家汤姆逊(Josp