1、1.演講者：朱昱，理論原子物理學(xué)，2，3，4。原子物理學(xué)是一門研究原子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。原子這個(gè)詞來自希臘語，意思是“不可分割的”。公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家德謨克里特斯提出了這個(gè)概念，認(rèn)為它是物質(zhì)的最小單位。原始原子理論：1807年，英國科學(xué)家約翰道爾頓提出了原子理論。他認(rèn)為原子類似于剛性球體，剛性球體是物質(zhì)世界的基本結(jié)構(gòu)單位，是不可分割的。1807年，一位名叫約翰道爾頓的英國科學(xué)家提出了他關(guān)于原子的想法。根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)和觀察，他認(rèn)為：個(gè)原子就像微小的硬球。每種化學(xué)元素都有自己的原子，它們的質(zhì)量不同于其他元素。道爾頓認(rèn)為原子是自然的基本組成部分，不能被分裂。在化學(xué)反應(yīng)中，原子會重新

2、點(diǎn)燃它們，并以新的方式與其他原子結(jié)合。6，道爾頓用他的理論解釋了化學(xué)中物質(zhì)不滅定律(質(zhì)量守恒定律)。道爾頓的原子理論是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即它可以用來研究和發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，所以它比古代的原子理論走得更遠(yuǎn)。約翰道爾頓(1766年9月6日，1844年7月27日)，英國化學(xué)家和物理學(xué)家?，F(xiàn)代原子理論的支持者。世界上第一個(gè)提出色盲問題的人。為了紀(jì)念他，色盲也被稱為道爾頓癥。世紀(jì)之交的三大發(fā)現(xiàn)。1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了x光。他獲得了第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1901年)。1897年，英國物理學(xué)家湯姆森發(fā)現(xiàn)了電子。1906年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性。他和居里夫婦一

3、起獲得了1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。x射線、放射性和電子表明，原子可以分裂，并具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這揭開了現(xiàn)代原子物理學(xué)的序幕。在當(dāng)時(shí)的世界里，人們對微觀世界的理解仍然停留在遙遠(yuǎn)的古希臘德謨克里特斯時(shí)代，盡管鐵軌隨處可見，工廠里的機(jī)床整夜運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)人都只知道原子是世界的起源，但是從來沒有人想過原子是否可以被細(xì)分?？蓱z的湯姆森實(shí)際上發(fā)現(xiàn)了這個(gè)比原子小得多的東西。9，一個(gè)物理學(xué)的英雄時(shí)代，德布羅意，這是1927年第五屆索爾瓦會議的與會者們拍攝的照片一張擁有地球上三分之一最聰明的大腦的照片：29個(gè)人中有17個(gè)人獲得了或后來獲得了諾貝爾獎(jiǎng)！x射線、放射性和電子表明，原子可以分裂，并具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這揭開了現(xiàn)

4、代原子物理學(xué)的序幕。那么，原子是如何構(gòu)成的呢？原子的運(yùn)動(dòng)定律是什么？這是原子物理學(xué)要研究的問題。11，教材和參考書1，原子物理學(xué)齊高等教育出版社2，原子物理學(xué)楊高等教育出版社3，量子力學(xué)與原子物理學(xué)張哲華劉連軍武漢大學(xué)出版社4，量子力學(xué)與原子物理學(xué)學(xué)習(xí)指南劉哲華武漢大學(xué)出版社12，1。對象：原子殼層結(jié)構(gòu)、光譜、核結(jié)構(gòu)、內(nèi)部運(yùn)動(dòng)、相互作用和相互轉(zhuǎn)化規(guī)律、原子物理研究的對象、方法和意義；2.方法：實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，不斷改進(jìn)和發(fā)展實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出理論實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)(更多的間接實(shí)驗(yàn))，修正理論，然后檢驗(yàn)和完善理論。重復(fù)，13。密立根在1923年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)說：“科學(xué)是兩條腿走路的，一條是理論，另一條是

5、實(shí)驗(yàn)?！庇袝r(shí)一條腿在前面，有時(shí)另一條在前面。但是只有用兩條腿我們才能前進(jìn)。在實(shí)驗(yàn)過程中尋找新的關(guān)系，上升到理論，然后在實(shí)踐中檢驗(yàn)它”。用原子物理學(xué)研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，對于進(jìn)一步揭示和豐富某些宏觀現(xiàn)象的規(guī)律具有重要意義。例如，金屬、磁性材料和發(fā)光材料的原子物理學(xué)與其他科學(xué)密切相關(guān)。例如，原子殼理論與理論化學(xué)密切相關(guān)。光譜理論對天體物理學(xué)有很大的影響。晶體結(jié)構(gòu)理論對礦物學(xué)和冶金學(xué)有很大影響。原子物理學(xué)對生產(chǎn)和生活有很大的影響，意義重大。例如，原子能的開發(fā)和利用，光譜分析在冶金技術(shù)中的應(yīng)用，以及x光的應(yīng)用。15，物理救生核磁共振，正常腫瘤，16，正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)(正電子發(fā)射斷層攝影術(shù))通過使用發(fā)

6、射正電子的示蹤原子來診斷異常來測量大腦活動(dòng)和功能。17、1901年第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予倫琴威廉孔拉德根，18、核裂變反應(yīng)堆發(fā)出的淺藍(lán)色光芒是切倫科夫輻射的粒子在水中運(yùn)動(dòng)的速度比光速還快。1993年，美國加州IBM Almaden研究中心的研究人員使用掃描隧道顯微鏡(STM)在銅表面排列48個(gè)鐵原子，形成一個(gè)量子?xùn)艡?，其中束縛了電子，其波函數(shù)形成同心波紋。歐洲粒子物理研究所的加速器位于日內(nèi)瓦郊區(qū)：在大環(huán)中有一個(gè)周長為27公里的強(qiáng)子對撞機(jī)，在中環(huán)有一個(gè)質(zhì)子同步加速器。21，本書的結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容，第一章，原子的基本情況，3小時(shí)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福的原子模型，盧瑟福的散射公式，第二章，原子的能級和

7、輻射，在8小時(shí)內(nèi)第一次將量子概念引入原子領(lǐng)域，提出了量子態(tài)的概念，并解開了氫原子光譜的謎團(tuán)。引言1，22，第4章，堿金屬原子和電子自旋8，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)，介紹了“電子自旋”的概念，并解釋了原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)?！白孕睂?jīng)典物理學(xué)來說并不陌生，但它是一種全新的運(yùn)動(dòng)形式，是微觀世界中的一種狀態(tài)。第5章，8小時(shí)內(nèi)多電子原子的概括，用泡利原理確定原子狀態(tài)，第23章，第6章，6小時(shí)內(nèi)原子在磁場中的塞曼效應(yīng)，第7章，4小時(shí)內(nèi)原子殼層結(jié)構(gòu)，元素周期表，原子基態(tài)的電子結(jié)構(gòu)，第8章，4小時(shí)內(nèi)的x光，連續(xù)譜軔致輻射電子撞擊靶并減速產(chǎn)生的識別譜，第24章，第10章：核結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，核反應(yīng)與核能；第11章：基本粒子的分類和粒

8、子的相互作用；學(xué)習(xí)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1 .注意理解微觀系統(tǒng)的獨(dú)特性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和規(guī)律；2.注重分析方法：實(shí)驗(yàn)事實(shí)(更間接)理論(分析和綜合)；3.為以后的研究打下基礎(chǔ)：電動(dòng)力學(xué)26，第1章，原子的基本條件，背景知識，JJ湯普孫原子模型，盧瑟福原子模型，粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福原子模型，困難，27，道爾頓提出的原子理論：(1)一種具有一定質(zhì)量的元素是由大量原子組成的這種元素。(二)每種元素的原子質(zhì)量相同，不同元素的原子質(zhì)量不同。(三)兩種可以結(jié)合的元素，它們的原子可以按照幾種比例轉(zhuǎn)化成幾種化合物的分子。1.1背景知識，28，根據(jù)道爾頓的原子理論，我們可以對簡單無機(jī)化學(xué)中化合物的形成給出定量解釋，另一方面

9、，許多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了原子理論；此外，還發(fā)現(xiàn)在涉及氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中，元素的重量和體積也遵循上述規(guī)律。蓋魯薩克定律告訴我們，在相同的溫度和壓力下，每種生成或分解的氣體中的組分和復(fù)合氣體的體積彼此之間具有簡單的整數(shù)比。與上述定律相比，我們可以得出結(jié)論，氣體的體積與其中包含的粒子數(shù)有關(guān)。阿伏伽德羅定律告訴我們，相同體積的不同氣體在相同的溫度和壓力下含有相同數(shù)量的分子。當(dāng)原子理論逐漸被人們接受時(shí)，人們面臨著新的問題：原子有多大？原子內(nèi)部是什么？原子是最小的粒子嗎？原子量的相對值：1 .不同的原子有不同的質(zhì)量。原子質(zhì)量單位：碳單位，氫：1.078252鈾氦3360 4.0026036鈾，4。原子質(zhì)量的

10、絕對值：當(dāng)它以克為單位時(shí)，1 N0: Av Gadereau常數(shù)。(6.0221023/mol)，原子的質(zhì)量及其質(zhì)量的相對值通常用于化學(xué)和物理?，F(xiàn)在，自然界中最豐富的碳同位素的質(zhì)量被設(shè)定為12.000單位作為原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其他原子的質(zhì)量與碳12的質(zhì)量進(jìn)行比較以確定質(zhì)量，這被稱為原子量。30，5，Avogadro常數(shù)Arrhenius常數(shù)n0(1摩爾分子的分子數(shù)或1摩爾原子的原子數(shù))是聯(lián)系宏觀和微觀的物理量。1n0=6.0221367 (36) 1023mol-1，1mol12C或12g12C包含N0個(gè)12C原子，12u=12g/n01g=n01u=1.6605402(10)10-27kg宏觀單

11、元微觀單元N0:宏觀和微觀橋，(1)原子質(zhì)量F=eN0 F一摩爾離子攜帶的總電量，單個(gè)電量F宏觀量e微觀量N0:宏觀和微觀橋，(3)通用氣體常數(shù)R質(zhì)量密度(g/cm3)，總體積/原子體積N0=/，1。從密度，原子大小，原子半徑，計(jì)算原子半徑，33。不同原子的半徑幾乎相同，為34.3。氣體分子的平均自由程可以從氣體分子運(yùn)動(dòng)理論中估算出來：R是分子半徑，N是每單位體積的分子數(shù)。對于單原子分子，r是原子半徑。從晶體排列中，找出每個(gè)原子的體積，立方根是原子的線性度。根據(jù)范德瓦爾斯方程，在上述公式中，根據(jù)理論，B的值應(yīng)該等于分子所占體積的四倍，分子的半徑可以通過實(shí)驗(yàn)確定B來計(jì)算，其數(shù)量級與原子的數(shù)量級相

12、同。用不同的方法找到一個(gè)原子的半徑，得到的值有些不同，但數(shù)量級是一樣的，都是10-10米。1811年，阿伏伽丁諾定律問世，提出一摩爾中的每個(gè)原子等于一。1874年，斯通尼將上述兩個(gè)定律結(jié)合起來，指出原子所帶的電荷是電荷的整數(shù)倍，并以“電子”為電荷的最小單位。但事實(shí)上，20多年后JJ湯普孫的工作證實(shí)了電子的存在。1897年，JJ湯普孫發(fā)現(xiàn)了電子。通過測量陰極射線管中電子的荷質(zhì)比，JJ湯普孫預(yù)言了電子的存在。電子的發(fā)現(xiàn)不是偶然的，在此之前已經(jīng)有了豐富的積累。1833年，法拉第提出了電解定律，即任何原子的1摩爾一價(jià)離子總是攜帶相同的電量法拉第常數(shù)。電子的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了原子物理學(xué)的誕生。湯姆森被稱為“第一

13、個(gè)打開基本粒子物理學(xué)大門的偉人?！?897年，湯姆遜通過陰極射線管實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子，并進(jìn)一步測量了電子的荷質(zhì)比：e/m，38，陰極射線實(shí)驗(yàn)裝置示意圖陰極射線：將密封玻璃管中的空氣抽真空，安裝兩個(gè)金屬電極，施加高壓產(chǎn)生低壓放電，即氣體傳導(dǎo)現(xiàn)象，放電管面對陰極管壁上產(chǎn)生的輻射。湯姆遜，1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，39，陰極射線實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，粒子的荷質(zhì)比是氫離子的千分之一以上，陰極射線的質(zhì)量只有氫原子的千分之一，但小于電子。施加電場后，光線偏轉(zhuǎn)。加入磁場h后，射線不會偏轉(zhuǎn)，去掉電場e后，射線會形成一個(gè)圓形軌跡，并計(jì)算出荷質(zhì)比。陰極射線帶負(fù)電。早在1890年，時(shí)任英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)教授的a .

14、舒斯特就研究了氫放電管中陰極射線的偏轉(zhuǎn)，并計(jì)算出陰極射線粒子的荷質(zhì)比是氫離子的一千多倍。但他不敢相信自己的測量結(jié)果，認(rèn)為“陰極射線粒子的質(zhì)量不到氫原子質(zhì)量的千分之一”的結(jié)論是荒謬的。相反，他假設(shè)陰極射線粒子的大小與原子的大小相同，但電荷大于氫離子的電荷。1897年，德國的w .考夫曼做了一個(gè)類似的實(shí)驗(yàn)，他測得的e/me值比湯姆森的精確得多，只有1。他還觀察到e/me值隨著電子速度的變化而變化。然而，當(dāng)時(shí)他沒有勇氣公布這些結(jié)果，因?yàn)樗怀姓J(rèn)陰極射線是粒子的假設(shè)。直到1901年，他才向世界公布了研究結(jié)果。1910年，美國物理學(xué)家密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確地測量了電子的電量。后來，經(jīng)過幾年的反

15、復(fù)測量，得出公認(rèn)的值是：根據(jù)電子的電量和荷質(zhì)比e/me，電子的質(zhì)量可以確定為：美國物理學(xué)家密立根因測量電子電荷而獲1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。特別重要的是：密立根發(fā)現(xiàn)電子是量子化的，也就是說，任何電荷只能是e的整數(shù)倍，為什么？這是物理學(xué)中一個(gè)未解決的問題。42，電子經(jīng)典半徑的上限：re=(2.8179380 0.000070) 10-15m(這是根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和狹義相對論的理論，從電子質(zhì)量來源于電磁場的假設(shè)中獲得的電子半徑)。電子的大小，在量子物理學(xué)中被認(rèn)為是零。歸根結(jié)底，電子是沒有精確軌跡和半徑的量子化波。在發(fā)現(xiàn)電子之后，人們意識到原子中有電子，而且它的質(zhì)量只是整個(gè)原子的一小部分；電子帶負(fù)電，而原子是電中性的，這意味著原子中有帶正電的部分，它們占據(jù)了原子的大部分質(zhì)量。那么原子的帶正電荷的部分，以及帶負(fù)電荷的電子，在10-10米范圍內(nèi)的大小是如何分布和如何運(yùn)動(dòng)的呢？湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子后，人們對如何在原子中分配正負(fù)