原子物理学 精品文稿.ppt

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1、原子物理学课件 第1页，本讲稿共15页1 1、X X射线的发现和装置射线的发现和装置 X X射线实验：射线实验：18951895年，伦琴（德国人）在用阴极射线管年，伦琴（德国人）在用阴极射线管做实验时发现的新射线。做实验时发现的新射线。W.C.RW.C.R ntgenntgen19011901年第一届诺贝尔年第一届诺贝尔物理学奖获得者物理学奖获得者第2页，本讲稿共15页伦琴夫人的手掌骨伦琴夫人的手掌骨X光照片光照片第3页，本讲稿共15页 起名：起名：X X 射线！现知：现知：X X 射线：波长在 0.013 3 nmnm 间的电磁波 X X射线的特点射线的特点：（1）E，B 不能使其偏转（2）

2、穿透性极强，在界面上几乎无折射和反射 问题：问题：产生产生X X射线的原子内部结构特性？射线的原子内部结构特性？非带电粒子非带电粒子；非可见、红外、紫外光波非可见、红外、紫外光波。第4页，本讲稿共15页2 2、原子的、原子的X X射线能级射线能级重金属原子的重金属原子的电离能级电离能级 X X射线能级图：射线能级图：射线能级图：射线能级图：各个支壳层电离一个电子后形成的能级图各个支壳层电离一个电子后形成的能级图 以Cd(Z=48)原子为例，基态电子组态为：n=1234 5KLM N O1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 5s2ZeK(2)L(8)M(18)N(18)O(

3、2)第5页，本讲稿共15页电离前电离前电离能电离能主壳层符号主壳层符号 电离后电离后 原子态原子态（Kev）1s2 268 K 1s 2S1/2 2s2 4.02 L1 2s 2p6 3.73 L2 2p5 3.54 L3 3s2 0.775 M1 3s 2S1/2 3p6 0.665 M2 3p5 2P1/2 0.621 M3 2P3/2 3d10 0.415 M4 3d9 2D3/2 0.408 M5 2D5/2N1N2N3N4N50.1120.0780.0710.0140.0134s4p54d92S1/22P1/22P3/22D3/22D5/24s24p64d10 5s2 8.99(ev

4、)O1 5s 2S1/2 无电离能量0 5s2 1S0无电离原子的激发态能级 Cd Cd 原子的电离能级原子的电离能级(X(X射线能级射线能级)-)-I I、能级结构、能级结构2S1/22P3/22P1/2第6页，本讲稿共15页1s 2S1/2 1s2 268 K 2s2 4.02 L1 2s 2S1/2 2p6 3.73 L2 2p5 2P1/2 3.54 L3 2P3/2 3s2 0.775 M1 3s 2S1/2 3p6 0.665 M2 3p5 2P1/2 0.621 M3 2P3/2 3d10 0.415 M4 3d9 2D3/2 0.408 M5 2D5/2N1N2N3N4N50.

5、1120.0780.0710.0140.0134s4p54d92S1/22P1/22P3/22D3/22D5/24s24p64d10 5s2 8.99(ev)O1 5s 2S1/2无电离能量0 5s2 1S0K 吸收限 L 吸收限 M 吸收限 原子能级 N 吸收限 Cd Cd 原子的电离能级原子的电离能级 -IIII、X X射线的吸收射线的吸收E=h (能量能量可调）可调）O 吸收限（Kev）第7页，本讲稿共15页3 3、X X射线的吸收射线的吸收-局部和整体局部和整体dI0I探测器探测器样品样品E=h (能量可调能量可调)Bill 定律定律I=I0EXP(-d)(吸收系数）1（共振）2（非共

6、振）3（散射）E=h L3 L2 L1局部：局部：L吸收系吸收系特点：特点：分离吸收谱分离吸收谱 （共振吸收）（共振吸收）E=h M L K整体：整体：K、L、M 吸收系吸收系+背景背景特点：特点：连续吸收背景上的分连续吸收背景上的分 离吸收谱。离吸收谱。Lg 第8页，本讲稿共15页811s2 268 K 1s 2S1/2 2s2 4.02 L1 2s 2S1/2 2p6 3.73 L2 2p5 2P1/2 3.54 L3 2P3/2 3s2 0.775 M1 3s 2S1/2 3p6 0.665 M2 3p5 2P1/2 0.621 M3 2P3/2 3d10 0.415 M4 3d9 2D

7、3/2 0.408 M5 2D5/2N1N2N3N4N50.1120.0780.0710.0140.0134s4p54d92S1/22P1/22P3/22D3/22D5/24s24p64d10 5s2 8.99(ev)O1 5s 2S1/2 无电离能量0 5s2 1S0无电离原子能级 K线系 1 2 1 2 1 2 L线系 M线系线系 4 4、X X射线的辐射（射线的辐射（I I）标识谱（分离谱）标识谱（分离谱）（Kev）第9页，本讲稿共15页ZeK(2)L(8)M(18)N(18)O(2)h(X 射线)莫塞莱定律（实验规律）莫塞莱定律（实验规律）莫塞莱定律（实验规律）莫塞莱定律（实验规律）：

8、K(最长波长）Why?对比H原子的赖曼线系：Z 1Z-1K 线系线系：K（空位）L（空位填补）M（空位填补）N（空位填补）K1,K2 K1,K2 K1,K2 标识谱标识谱1 1K线系线系第10页，本讲稿共15页ZeK(2)L(8)M(18)N(18)O(2)h(X 射线)L 线系线系：L（空位）M（空位填补）N（空位填补）莫塞莱定律（实验规律）莫塞莱定律（实验规律）莫塞莱定律（实验规律）莫塞莱定律（实验规律）：L L 对比对比对比对比H H H H原子的原子的原子的原子的 线系的共振线：线系的共振线：线系的共振线：线系的共振线：Z Z Z Z 1 1 1 1（Z-7.4)Z-7.4)Z-7.4

9、)Z-7.4)。可。可。可。可见见：由由由由外外外外层电层电子填子填子填子填补补内内内内层层“空位空位空位空位”产产生的生的生的生的分离分离分离分离谱线谱线 和元素和元素和元素和元素 Z Z Z Z 是是是是“一一一一一一一一对应对应”的，的，的，的，谱线谱线可以作可以作可以作可以作为为元素的标识元素的标识元素的标识元素的标识-标识谱（分离谱）。标识谱（分离谱）。标识谱（分离谱）。标识谱（分离谱）。M 线系线系：M（空位）N（空位填补）O（空位填补）标识谱标识谱2 2L线系和线系和M线系线系第11页，本讲稿共15页4 4、X X射线的辐射（射线的辐射（IIII）轫致谱（连续谱）轫致谱（连续谱）

10、X X射线辐射的实际光谱：射线辐射的实际光谱：问题：问题：问题：问题：1,1,“连续连续连续连续”谱谱谱谱怎样产生？怎样产生？怎样产生？怎样产生？2,2,怎样解释怎样解释怎样解释怎样解释 minmin？强度强度0 0 minmin特点：特点：特点：特点：1 1、连续连续连续连续背景上的背景上的背景上的背景上的分离分离分离分离辐射谱辐射谱辐射谱辐射谱;2 2、存在一个、存在一个、存在一个、存在一个截止波长截止波长截止波长截止波长 min min.金属金属电子云电子云电子云电子云电子填充内层空位电子填充内层空位已知：已知：已知：已知：“分离分离分离分离”谱谱谱谱电子填充内层空位电子填充内层空位电子

11、填充内层空位电子填充内层空位第12页，本讲稿共15页轫致谱（连续谱）产生的机制轫致谱（连续谱）产生的机制 高能电子射入重金属原子时，受电子云库仑力作用而做高能电子射入重金属原子时，受电子云库仑力作用而做负加速度负加速度负加速度负加速度（减（减速）运动。减速前后的能量差以光子（速）运动。减速前后的能量差以光子（X X X X射线射线射线射线）的形式辐射出来，形成）的形式辐射出来，形成轫致轫致轫致轫致辐射辐射辐射辐射。EK，2（射入（射入电电子云子云后后电电子子动动能）能）EEK，1EK，2 h，=设设：EK，1（射入（射入电电子云子云前前电电子子动动能）能）:连续变化，：(连续谱连续谱)当当:0

12、，min(截止波截止波长长)忍：刃心忍：刃心忍：刃心忍：刃心轫：刃车（轮）轫：刃车（轮）轫：刃车（轮）轫：刃车（轮）轫致辐射轫致辐射轫致辐射轫致辐射刹刹刹刹车辐车辐射射射射第13页，本讲稿共15页小结小结(1)(1)Cd Cd 原子的电离能级原子的电离能级 (X(X射线能级射线能级)（Kev）1s2 268 K 1s 2S1/2 2s2 4.02 L1 2s 2S1/2 2p6 3.73 L2 2p5 2P1/2 3.54 L3 2P3/2 3s2 0.775 M1 3s 2S1/2 3p6 0.665 M2 3p5 2P1/2 0.621 M3 2P3/2 3d10 0.415 M4 3d9

13、 2D3/2 0.408 M5 2D5/2N1N2N3N4N50.1120.0780.0710.0140.0134s4p54d92S1/22P1/22P3/22D3/22D5/24s24p64d10 5s2 8.99 O1 5s 2S1/2无电离能量0 5s2 1S0K 吸收限 L 吸收限 M 吸收限 无电离原子能级 K线系 1 2 1 2 1 2 L线系 M线系线系 N 吸收限（ev）O 吸收限 第14页，本讲稿共15页小结小结(2)(2)X X射线能级的吸收和辐射射线能级的吸收和辐射 1 1，X射线的吸收谱叠加在射线的吸收谱叠加在连续吸收背景连续吸收背景上的上的 分离吸收谱分离吸收谱。分离

14、吸收谱（吸收限）：分离吸收谱（吸收限）：分离吸收谱（吸收限）：分离吸收谱（吸收限）：产生于重金属原子的电离能级产生于重金属原子的电离能级产生于重金属原子的电离能级产生于重金属原子的电离能级 对电磁波的对电磁波的对电磁波的对电磁波的共振共振共振共振吸收吸收吸收吸收；连续吸收背景连续吸收背景连续吸收背景连续吸收背景：产生于重金属对电磁波的产生于重金属对电磁波的产生于重金属对电磁波的产生于重金属对电磁波的非非非非共振共振共振共振 吸收和散射吸收和散射吸收和散射吸收和散射。2 2，X射线的辐射谱叠加在射线的辐射谱叠加在连续辐射背景连续辐射背景上的上的 分离辐射谱分离辐射谱。分离辐射谱（标识谱）：分离辐射谱（标识谱）：分离辐射谱（标识谱）：分离辐射谱（标识谱）：产生于重金属原子中产生于重金属原子中产生于重金属原子中产生于重金属原子中外层电子外层电子外层电子外层电子 对内层空位的填空跃迁对内层空位的填空跃迁对内层空位的填空跃迁对内层空位的填空跃迁；连续辐射谱（轫致谱）：连续辐射谱（轫致谱）：连续辐射谱（轫致谱）：连续辐射谱（轫致谱）：产生于重金属的产生于重金属的产生于重金属的产生于重金属的电子云对入射电子云对入射电子云对入射电子云对入射 高能电子的强烈减速作用高能电子的强烈减速作用高能电子的强烈减速作用高能电子的强烈减速作用。第15页，本讲稿共15页