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1、关于物质的结构第1页，讲稿共30张，创作于星期二主要内容：主要内容：1 1、辐射产生的物理基础与基本类型、辐射产生的物理基础与基本类型2 2、测量辐射的基本参量、测量辐射的基本参量3 3、辐射的生物效应、辐射的生物效应4 4、辐射防护的基本方法与法规、辐射防护的基本方法与法规第2页，讲稿共30张，创作于星期二第一章第一章 物质的结构物质的结构 1、原子结构原子结构1、粒子散射实验粒子散射实验观测观测 粒子在原子核式模型中的散射粒子在原子核式模型中的散射研究原子结构有两条途径研究原子结构有两条途径高能粒子轰击原子高能粒子轰击原子分析原子光谱分析原子光谱一、初期原子理论的实验基础一、初期原子理论的
2、实验基础第3页，讲稿共30张，创作于星期二原子光谱是研究了解原子内部结构的重要方法原子光谱是研究了解原子内部结构的重要方法2、氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律,A4340.50=gH,A4861.30=bH,A6562.80=aH第一章第一章 物质的结构物质的结构(1)氢原子光谱是彼此分裂的线状光谱，氢原子光谱是彼此分裂的线状光谱，每一条谱线具有确定的波长（或频率）每一条谱线具有确定的波长（或频率）第4页，讲稿共30张，创作于星期二(2)巴尔末公式巴尔末公式n=3,4,5,.时，为时，为H ,H ,H ,.谱线波长谱线波长令：令：称为称为波数波数18851885年，瑞士一中学教师发现了
3、氢原子光谱在可见光部分的规律年，瑞士一中学教师发现了氢原子光谱在可见光部分的规律单位长度内完整波的个数单位长度内完整波的个数第5页，讲稿共30张，创作于星期二里德伯常数里德伯常数（其它氢原子光谱的谱线）（其它氢原子光谱的谱线）(3)里德伯公式里德伯公式(1889)(4)(4)里兹并合原理里兹并合原理每一条谱线的波数都可以表示为两项之差每一条谱线的波数都可以表示为两项之差或或就被称为就被称为光谱项光谱项,n k谱系谱系谱线谱线第6页，讲稿共30张，创作于星期二二二 玻尔氢原子量子论玻尔氢原子量子论1卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型（原子的有核模型）（原子的有核模型）问题问题：原子的稳定性问题原子的稳
4、定性问题？原子分立的线状光谱原子分立的线状光谱？玻尔玻尔（Niels Henrik David Bohr）（1885-1962）第7页，讲稿共30张，创作于星期二（1）定态假设定态假设：原子系统只能处在一系列具有原子系统只能处在一系列具有不连续能量的状态，不连续能量的状态，在这些状态上电子虽然绕在这些状态上电子虽然绕核做园周运动但并核做园周运动但并不向外辐射电磁波不向外辐射电磁波。这些状这些状态称为原子系统的态称为原子系统的稳定状态稳定状态（简称（简称定态定态）。2 2 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论这些定态的能量：这些定态的能量：(1913“论原子分子结构论原子分子结构”三条基本假设三条基
5、本假设)第8页，讲稿共30张，创作于星期二（2）量子化条件量子化条件：在这些稳定状态下电子绕在这些稳定状态下电子绕核运动的核运动的轨道角动量的值，轨道角动量的值，必须为必须为 h/2 的的整数整数倍，倍，是不连续的，即有是不连续的，即有：2 2 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论(1913“论原子分子结构论原子分子结构”三条基本假设三条基本假设)第9页，讲稿共30张，创作于星期二 2 2 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论（3 3）跃迁假设跃迁假设跃迁假设跃迁假设：电子从一个能量为电子从一个能量为En 稳定态稳定态跃迁跃迁 到另一到另一能量为能量为Ek 稳定态时稳定态时，要吸收或发射一个频率要吸收
6、或发射一个频率为为 的光子，有：的光子，有：辐射频率公式辐射频率公式辐射频率公式辐射频率公式(1913“论原子分子结构论原子分子结构”三条基本假设三条基本假设)第10页，讲稿共30张，创作于星期二氢原子轨道半径的计算氢原子轨道半径的计算由量子化条件及牛顿定律由量子化条件及牛顿定律：轨道量子化轨道量子化角动量量子化角动量量子化库仑力库仑力=向心力向心力玻尔半径玻尔半径r14r19r116r1mn=4n=3n=2n=1第11页，讲稿共30张，创作于星期二能量的计算能量的计算 电子在量子数为电子在量子数为n n的轨道上运的轨道上运动时，原子系统总能量是动时，原子系统总能量是 基态能量基态能量其它激发
7、态其它激发态：能量是量子化的能量是量子化的 E1 E2 E3 E4rvm第12页，讲稿共30张，创作于星期二3 3 氢原子光谱的理论解释氢原子光谱的理论解释从其它能级到同一能级从其它能级到同一能级的跃迁属于同一谱线系的跃迁属于同一谱线系-13.6eV13.6eV-3.39eV-3.39eV-1.5eV-1.5eV-8.5eV-8.5eV赖曼系赖曼系巴尔末系巴尔末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系第13页，讲稿共30张，创作于星期二+r三三 核外的电子结构核外的电子结构氢原子中，电子的势能函数：氢原子中，电子的势能函数：量子化条件和量子数量子化条件和量子数第14页，讲稿共30张，创作于星期二1 1）
8、能量是量子化的能量是量子化的2 2）当当 时，时，E En n 连续值连续值主量子数主量子数 n1 1 能量量子化和能量量子化和主量子数主量子数 第15页，讲稿共30张，创作于星期二电子绕核运动轨道角动量必须满足量子化条件：电子绕核运动轨道角动量必须满足量子化条件：角角(副副)量子数量子数 l 2 2 角动量量子化和角动量量子化和角量子数角量子数第16页，讲稿共30张，创作于星期二3 3 轨道角动量空间量子化和轨道角动量空间量子化和磁量子数磁量子数 电子绕核运动的轨道角动量电子绕核运动的轨道角动量 L 的方向在的方向在空间的取向是量子化的空间的取向是量子化的,角动量角动量L 在外磁场在外磁场方
9、向的投影方向的投影LZ必须满足量子化条件：必须满足量子化条件：磁量子数磁量子数 ml 决定角动量方向决定角动量方向,对对应应 一定的角量子数一定的角量子数 l,ml=2l+1,角动量角动量L在空间有在空间有2l+1个个不不同取向。同取向。第17页，讲稿共30张，创作于星期二B(z)m=0m=-1m =-2m=1m=2例例1第18页，讲稿共30张，创作于星期二 斯特恩斯特恩 盖拉赫实验盖拉赫实验（19211921年年）用用s态（态（l=0）银原子无论有无磁场应该都只有一条！银原子无论有无磁场应该都只有一条！实验结果：实验结果：有磁场时，底板上是呈对称分布的两条纹。有磁场时，底板上是呈对称分布的两
10、条纹。Ns4 4 电子的自旋和电子的自旋和自旋磁量子数自旋磁量子数第19页，讲稿共30张，创作于星期二 电子还应具有电子还应具有自旋角动量。自旋角动量。自旋角动量自旋角动量与与轨道角动量轨道角动量相似，也是相似，也是量子化量子化的。的。自旋角动量自旋角动量在在z z轴的分量轴的分量4 4 电子的自旋和电子的自旋和自旋磁量子数自旋磁量子数第20页，讲稿共30张，创作于星期二原子的壳层结构原子的壳层结构 电子状态由四个量子数决定电子状态由四个量子数决定1)主主 量量 子子 数数 n,n=1,2,3,2)轨道角量子数轨道角量子数 l,l =0,1,2,(n 1)3)轨道磁量子数轨道磁量子数 ml,m
11、 l=0,1,2,l4)自旋磁量子数自旋磁量子数 ms,m s=1/2大体上决定原子中的电子的能量大体上决定原子中的电子的能量决定电子的决定电子的轨道角动量轨道角动量,对能量也有影响对能量也有影响决定决定轨道角动量在外磁场方向上的分量轨道角动量在外磁场方向上的分量决定电子自旋决定电子自旋角动量在外磁场方向上的分量角动量在外磁场方向上的分量第21页，讲稿共30张，创作于星期二一一.原子核组成原子核组成+质子质子(p)数目数目Z中子中子(n)数目数目N统称核子统称核子 数目数目A原子核原子核 核素核素 表示原子核种类表示原子核种类同位素同位素 相同质子相同质子 Z,不同中子不同中子 N 2、原子核
12、结构原子核结构同中子异核素同中子异核素同量异位素同量异位素同质异能素同质异能素第22页，讲稿共30张，创作于星期二原子质量单位原子质量单位()2、原子核结构原子核结构第23页，讲稿共30张，创作于星期二*核密度核密度二二.原子核尺寸与核力原子核尺寸与核力*核尺寸核尺寸第24页，讲稿共30张，创作于星期二(1)(1)与电荷电量无关与电荷电量无关二二.原子核尺寸与核力原子核尺寸与核力*核力核力(2)(2)短程性、饱和性短程性、饱和性(3)(3)是强相互作用力是强相互作用力第25页，讲稿共30张，创作于星期二！Total energy1 质量亏损质量亏损 三三.原子核结合能原子核结合能From E=
13、mc2 例例2 2 求自由核子相对碳求自由核子相对碳原子核的质量亏损原子核的质量亏损第26页，讲稿共30张，创作于星期二例例3：某核电站每年发电约为某核电站每年发电约为 1010度度(=3.6 1016J)。若这些能量全部由静态质若这些能量全部由静态质量转换而成，求每年耗损的核材料量转换而成，求每年耗损的核材料?解解：4109 kg coal三三.原子核结合能原子核结合能第27页，讲稿共30张，创作于星期二2、原子核结合能原子核结合能 自由状态的单个核子结合成原子核时所释自由状态的单个核子结合成原子核时所释放出来的能量，（或原子核分解成单个自由放出来的能量，（或原子核分解成单个自由核子所需要的能量）称为原子核的结合能。核子所需要的能量）称为原子核的结合能。是否结合能是否结合能 E越大越大,原子核越稳定原子核越稳定?三三.原子核结合能原子核结合能第28页，讲稿共30张，创作于星期二3、原子核的稳定性原子核的稳定性-平均结合能平均结合能0 40 80 120 160 200 2408642 fusionfissionAverage binding energy+4、原子核的能级、原子核的能级+第29页，讲稿共30张，创作于星期二感谢大家观看第30页，讲稿共30张，创作于星期二