哈工大原子物理学课件第一章.ppt

原子物理学(Atomic Physics) 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 崔宏滨，《原子物理学》，中国科学技术大学出版社 赵凯华、罗蔚茵，《量子物理》，高等教育出版社 下面我们来证明(1)式 由牛顿定律有： 由库仑定律有： x y 根据上两式可知： (*) b +Ze +2e mv ? ? r 因库仑力是中心力，而中心力满足角动量守恒，所以有 其中L为常数，代表? 粒子的角动量的大小。 把上式代入(*)式并整理， 可得： 上式两端同时积分 (其中 和 分别代表 ? 粒子的初速度和末速度) 并代入 可得： b +Ze +2e mv ? ? r 由此可见 而由矢量图可知 ? b +Ze +2e mv ? ? r 因此可知 即 最后再把 代入上式即可得出： 此即(1)式。 从(1)式可以看出，?? 与 b 有对应关系：b 大，? 就小；b 小， ? 就大；对其一b ，有一定的? 与之对应。 (2) 凡通过图中所示以b为外半径、b-db为内半径那个环形面积的?粒子，必定散射到角度在?和? +d?之间的一个空心圆锥体之中。环形面积等于 那些瞄推距离在b和b-db之间的?粒子，散射后，必定向着?和? +d?之间的角度射出，如下图所示。 此即卢瑟福散射公式。d?是?粒子散射到?与? +d?之间的立体角d?内每个原子的有效散射截面，又称微分截面。 (2)式可用空心圆锥体的立体角表达以代替d?。由下图可知，这里的立体角与d?有如下关系： 代入(2)式，可得 (3) 实验中是用?粒子轰击金箔(即金薄膜)中的金原子核，设薄膜的面积为A，厚度为t，如果单位体积中的原子数为N，那么薄膜中的原子核总数是 设薄膜很薄，这些原子核前后不互相遮蔽，每个原子核都对应着一个面积为d?的环面，打在这些环面上的?粒子都将被散射到?~?+d?之间的立体角d?内，所以薄膜上散射到?~?+d?之间的总有效散射截面是 A t 如果有n个?粒子射在这薄膜的全部而积A上，其中有dn个散射到?~?+d?之间，则应有： (4) * 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 1026 m（约150亿光年）（宇宙）——10-18 m（夸克） ?时间尺度 1018 s（150亿年）（宇宙年龄）——10-27 s（硬? 射线周期） ?速率范围 0（静止）——3?108 m/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 1025 10-25 10-15 10-20 10-10 10-5 1 105 1015 1020 1010 102 104 106 108 1010 相对论物理 经典物理 量子物理 ? 人类 活动 尺度 (cm) 速度 (cm/s) 1m …… 10-15 10-10 10-5 1015 105 1010 1025 1020 W++ 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(John Dalton)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。 In 1807, an English scientist called John Dalton put forward his ideas about atoms. From his experiments and observations, he suggested that: Atoms were like tiny, hard balls. Each chemical element had its own atoms that differed from others in mass. Dalton believed that atoms were the fundamental building blocks of nature and could not be split. In chemical reactions, the atoms would rearrange themselves and combine with other atoms in new way