第八章原子物理学射线教案.docx

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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -原子物理学课程章节教案章节第七章原子的壳层结构学时4 学时班级13 物理本科班时间第 16 周1、懂得元素的周期性变化来源于原子中电子的周期性壳层排列。2、明白原子的基态电子组态，把握运算原子的基态的方法。教学目标与 要求教学重点： 1、玻尔对元素周期表的说明、电子填充壳层的原就、莫色勒定律。重点难点： 1、原子基态电子填充壳层的次序、莫色勒定律。与难点课堂讲授法为主，小组争论法为辅教学方法作业无与思考题注： 1依据课程教学进度方案表填写章节教案首页。 2教案或讲义正文附后，手书打印均可。可编辑资料 -

2、- - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第0八章X射线30可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结X 射线的波长约为00.0110 A 或表示为 101nm ,比1A 短的贯穿才能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结强, 称硬 X 射线。比 1A 长的称软 X 射线.1895.11.8伦琴在暗室中做阴极射线管气体放电试验时, 为防止紫外线与可见

3、光的影响 , 特用黑纸将射线管包住, 但偶然发觉与之相距一段距离的荧光屏上 会发微光 . 伦琴认定这是一种来自射线管但不是阴极射线的神奇射线. 伦琴对此现象的争论发觉这一神奇射线的穿透性及以直进性, 不被磁场偏斜等性质, 因对其本质的不确定性 , 故称其为 X 射线.X 射线特点谱的波长代表原子能级的间隔 , 谱线的精细结构显示能级的精细结构 , 所以通过对 X 射线的争论 , 可以进一步探究原子的内部结构 .2.X 射线产生的机制1）X 射线管 :X射线管结构多样 , 其原理如右图示 .阳极（靶）所用金属由 X 射线的用途打算（熔点较高的金属） . 两极间高压一般为几万至几十万伏 , 调剂此

4、加速电压可转变管内电子流的能量 . 从阴极发出的电子流在电场作用下被加速 , 撞击到阳极上 , 就从阳极发出 X 射线.3.X 射线的衍射（供应 X 射线波长测量方法）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结晶体中相邻原子距离数量级为10 1nm , 所以晶体是 X 射线发生衍射的自然光可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结栅. 据劳厄的设想 ,X 射线如为电磁波 , 当它投射到晶体上时 , 晶体点阵中的每个粒子（或原子）受X 射线的作用将成为子波源, 而发出同频率的子波, 这些子波因相干叠加而产生衍射. 在这一设想的指引下, 弗里特里克和奈平胜利的进行了晶 体的透射式X 射

5、线衍射试验 , 证明白X 射线是电磁波 , 其波长与晶格常数有同一可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数量级 , 为101nm . 其衍射图样称劳厄斑 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结此后, 布喇格父子（英 , 即 W.H.布喇格和 W.L. 布喇格）进一步争论并对劳厄可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -斑做出简明

6、说明 . 他们认为 , 晶格点阵中的粒子可组成很多平行平面（晶面）, 衍射包括同一晶面内各原子发出的子波之间的相干叠加, 也包括各晶面之间的子波的相干叠加 .1) 同一晶面内的子波叠加如图 中 （ a ） 所 示 , 设 晶 面 上 两 原 子 间 距 为d, 两条 衍 射 线的 光 程 差可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为 :是:00CBkkAD 0,1,2d cos 1cos 2 .它 们 相 干 叠 加 的 极 大 值 条 件可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可证明 , 一个晶面的高级次的极大, 正好相当于另一晶面的零级极大, 因而,为简化问题 , 对每一晶

7、面只取零级极大, 得 122）相邻晶面间的子波的叠加如 图 中 （ b ） 所 示 ,设 晶 面 间 距 为d, 两 条 衍 射 之 间 的 光 程 差可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为:BD为:2d sinDCk k2d sin1,2,3.它们相干叠加的极大值条件可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结综合起来 , 即得到 布喇格晶体衍射公式 :2d sinkk1,2,3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在晶面方向满意上式条件时衍射极大, 此时的衍射可看成是由相同的掠射角的入射衍射线产生的 .利用布喇格

8、衍射公式可测量X 射线的波长 . 反过来 , 如 X 射线的波长已知 , 也可测出未知晶体的晶格常数, 从而可进一步求得阿伏伽德罗常数.3）对劳厄斑的说明在劳厄的建议下 ,1912年有人利用X 光管产生的X 射线对单晶做了衍射试验, 得到衍射图样即“劳厄斑”（首次显示了晶体结构的漂亮图案）.布喇格公式对劳厄斑的成因作了正确的说明. 晶体有很多晶面 , 不同晶面间距可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心

9、总结归纳 - - - - - - - - - - - -不同. 肯定波长的平行入射线 , 对于不同晶面有不同的掠射角 , 满意布喇格晶体衍射公式的方向产生衍射极大同 . 如入射线中有几种波长的射线 , 就产生的衍射极大就有几个 , 全部这些衍射极大 , 在屏上给出各自的亮点 , 就形成了劳厄斑 .4. 旋转式 X 射线的摄谱仪简介如图示 , 从射线管 R 中产生的 X 射线经由铝制成的狭缝后成为X 射线束 , 射到单晶体 K 上,K 可绕竖直轴旋转 , 以竖直旋转轴为中心的圆弧上置照相底片.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结假如 X 射线的波长为1 ,2, 就当掠射角正好满意布喇

10、格公式时, 在反射可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结方向上得到该波长X 射线的衍射极大 , 在底片上形成一条细黑条纹. 因晶体可绕竖直轴转动 , 所以可得到与不同波长对应的条纹, 即不同波长的X 射线的谱线 . 由晶体晶格常数与谱线位置（与掠射角对应）, 可算出各条谱线的波长. 而底片的黑度就对应于该波长X 射线的强度 .8.2x 射线的发射谱一、X 射线产生的机制1）X 射线管 : X 射线管结构多样 , 其原理如右图示 . 阳极（靶）所用金属由 X 射线的用途打算（熔点较高的金属） . 两极间高压一般为几万至几十万伏 , 调剂此加速电压可转变管内电子流的能量 . 从阴极发出的

11、电子流在电场作用下被加速, 撞击到阳极上 , 就从阳极发出 X 射线.2）X 射线的发射谱 : 如右图示 , 加速电压 V 不太高时 ,X射线的强度随波长连续变化 , 为连续谱 . 加速电压达肯定值时, 连续谱上叠加着某些尖峰, 这些尖峰构可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -成线状谱 . 开头显现尖峰所对应的加速电压为临界电压 . 肯定材料做的

12、阳极具有确定的临界电压（如钼的临界电压为20.1kV ）, 可用来识别元素 , 因此线状谱又称标识谱 . （线状谱要么不显现, 一旦显现 , 其峰值所对应的波长位置完全打算于靶材本身 , 故称为标识谱）连续谱 : 由轫致辐射导致连续谱 . 高速带电粒子射到阳极时 , 受靶核库仑场作用而速度骤减时产生的辐射 , 亦称刹车辐射 . 带电粒子到达靶核时 , 电子速度连续变化.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结连续谱的特点是有一明显的极限（短波波长）:min1.24V kV nm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结此试验事实须利用光的量子说才能说明: 一个电子在电场中得到的动

13、能为eV , 当它到达靶核时, 动能全部转化为辐射能, 由此发出的光波长最短, 为h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结mineV , 代入常数后即得上式. 此外 , 如外加高压已知 , 就测出min 就可精确的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结测出普朗克常数 h .特点辐射（标识谱） : 由电子内壳的跃迁导致标识谱, 其波长极短（约0.1nm 左右） . 各元素的特点谱有相像的结构, 但其能量值不同. 故可作为元素的“指纹” , 作为分析元素的工具.3）莫塞莱定律 : 1913 年, 莫塞莱（英）发觉各元素的标识谱的频率与原子序数呈近似关系 .可编辑资料 - - -

14、 欢迎下载精品名师归纳总结对于 K线, 莫塞莱体会公式为 :K0.2481016 Zb, b1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结E K或用能量表示为 :Rhc Z31 2 1121 32 2413.6Z12 eV可编辑资料 - - - 欢迎下载精品

15、名师归纳总结上式的物理意义很明确 ,4 表示 n=2 到 n=1 的内层跃迁 , Z1 2表示跃迁的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电子受到 Z1 个电荷的作用 ,b 称为屏蔽常数 .莫塞莱试验第一次供应了精确测量Z 的方法 . 历史上就是用莫塞莱公式定出可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结了元素的 Z, 并订正了27Co 和 28 Ni在周期表的上次序 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4）产生特点辐射的前提条件: 必需先使内层电子电离而产生“空穴”.原子处在正常状态时, 内壳层是填满电子的 . 由于泡利不相容原理的限制, 外层电子向内层跃迁的前提

16、是必需先使内层电子电离而产生“空穴”. 产生空穴的方法原子有多种 , 如用高能电子束、质子束、X 射线作为轰击原子内层电子的炮 弹. 当原子内层产生空穴后, 较外层电子立刻自发的填充空穴, 同时以辐射光子的方式释放余外的能量 , 即发射 X 射线.X 射线的标记方法（详见P.263 表 29.1 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结产生特点 X 射线的电子跃迁听从的挑选定就:n0l1j0,1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结X 射线因电子跃迁的方式不同而分为几个线系, 因电子跃迁的终态为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - -

17、- - - - - - -第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结K , L , M层, 故 X 射线分别称为K 线系、 L 线系和 M线系. 同一线系中又以初可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结态的不同再用脚码,等标注不同的谱线. 因能量的精细结构, K又分为 K 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结和 K 2 .5）俄歇电子 （

18、法,1925年发觉） : 原子内壳层产生空穴后, 释放能量的另一种途径是发射俄歇电子 . 设 K 壳层有一个空穴 ,L 层的一个电子跃迁到 K 层, 有可能将其能量传递给 K 层的另一个电子而使这一电子可以脱离原子 , 称为俄歇电子.设为相应层的结合能 ,L层跃迁到 K 层的电子释放能量KL , 如这部分能 量 被M 层 中 的 一 个 电 子 获 得 , 就 从M 层 发 出 的 俄 歇 电 子 的 动 能 为EeKLM俄歇电子的动能完全取决于元素自身, 因此它可作为分析元素的手段. 6）电子跃迁诱发原子核激发*3.X 射线的波动性由经典动力学知 , 加速或减速的带电粒子能辐射电磁波. 因此

19、当高速电子流在靶上受阻而停止时必将产生电磁波. 伦琴起初误认为X 射线与光无关, 直到1906 年巴拉克（英）才显示了X 射线的偏振 , 证明白 X 射线的波动性 . 但很多人并不信任这一结果 .1921 年冯. 劳厄（德）设想X 射线是波长很短的电磁波, 可在原子规章排列的晶体上发生衍射, 后来由弗里特里克和奈平通过试验确证了X 射线的波动性 , 并测量了它的波长 .X 射线的偏振试验进一步证明X 射线是横波（此略） .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑

20、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -8.4 X射线的吸取6-4X 射线的吸取1. 光子与物质的相互作用1）多次小相互作用: 单能准直的光子束与物质中电子的相互作用, 每次作用都引起光子的能量缺失和方向偏转（一般为小角散射）. 因此 , 光子束穿过吸取体后, 能量降低并有一个弥散. 光子束能否穿过吸取体, 与吸取体的厚度有关（其典型实例是康普顿散射）.2）全或无相互作用: 光子要么不受相互作用, 要么经受一次相互作用后就从射线中束中消逝 其典型实例是光电效应 .3）电子偶效应 : 当光子能量大于电子静止能量的两倍（即

21、1.02MeV）时 , 光子在原子核邻近转化为一对正负电子.三种效应的重要性随吸取物的不同而不同, 也随光子能量的不同而不同. 从右图可分析光子与吸取体间的相互作用主要是何种效应为主.X射线为低能光子束（一般不超过150 KeV ）, 所以 X 射线吸取主要是光电效应和康普顿效应起主要作用.2.X 射线的吸取可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -

22、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结X 射线吸取后的强度为 : II 0ex1（朗伯 - 比耳定律）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中为反映材料吸取本事的线性吸取系数 （单位为入吸取体的深度 .cm）。 x 为 X 射线进可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结如用质量厚度x 描述, 就 IxI 0e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结21质量吸取系数的单位 : 为 cmmg.不再依靠吸取体的物理状态, 因而更能反映吸取体的吸取本事, 同时也给测量带

23、来便利 .3. 吸取限（吸取边缘）试验说明 , 吸取体的吸取系数随着 X 光的能量增加（波长变短 , 贯穿才能增强）而降低 . 但当 X 光的波长减到某些数值时 , 吸取系数会突然增加 , 然后再逐步下降, 吸取系数突增处称为吸取限 . 它表示 X 光了的能量已达一个数值 , 刚能使吸收物的原子吸取它发生光电效应. 右图说明随 E 的转变的总趋势 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结K 吸取限表示光子的能量足以使一个1s 电子脱离原子。 L 吸取限表示光子的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结能量足以使一个2s 电子脱离

24、原子。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可由吸取限求标识谱的波数. 例如:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结K 1 特点线K2P3 / 22P1S1/ 21S 的波数为 : K1KKL 3K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 特点线1/ 21 / 2的波数为 :1L 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结吸取限的存在 , 再一次有力的证明白原子中电子壳层结构的实在性.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载