《射线检测 教学课件 ppt 作者 张小海 1-1 原子与原子结构2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射线检测 教学课件 ppt 作者 张小海 1-1 原子与原子结构2（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.1 原子和原子结构,第一章 射线检测的物理基础,原子结构的由来,原子理论道尔顿(美) 观点：原子是物质存在的最小单元，是不可分割的。,电子的发现,1897年汤姆逊(英,1906年获诺贝尔物理奖)发现电子，宣告了原子是可分的。 1897年前后，科学家们逐渐确定了电子的各种基本特性，并确立了电子是各种原子的共同组成部分。通常，原子是电中性的，而既然一切原子中都有带负电的电子，那么原子中就必然有带正电的物质。,钢球模型-汤姆逊模型,1903年，汤姆逊提出原子中正电荷以均匀的体密度分布在一个大小等于整个原子的球体内，而带负电的电子则一粒粒地分布在球内的不同位置上，分别以某种频率振动着，从而发出电磁
2、辐射。 解决原子大小（10-8厘米） 原子质量问题 困难：原子光谱解释,卢瑟福的a粒子散射实验,实验观察到了散射的粒子(2-3度)，而且观察到了被金箔反射回来的粒子(1/8000)。对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹，却被反射回来的炮弹击中一样地不可思议。,a粒子,铅准直器,金箔,盖革计数器,行星模型-卢瑟福模型,1911年卢瑟福(英)的粒子散射实验否定了汤姆逊原子模型， 提出原子的中心是一个重的带正电的核，与整个原子的大小相比，核很小。电子围绕核转动，类似大行星绕太阳转动。这种模型叫做原子的核模型，又称行星模型。,行星模型示意图,两种模型的散射受力分析,汤氏模型,卢氏模型,高斯定律,行星模型的
3、不足,解决的问题 散射实验结果：发现粒子有大约1/8000的几率被反射回来了。 困难： 无法解释原子的稳定性、同一性、再生性 无法解释原子光谱,玻尔原子理论模型,量子假设的提出： 量子假设根据之一：黑体辐射 量子假设根据之二：光电效应 量子假设根据之三：光谱,黑体辐射,黑体辐射：热辐射及光辐射都是电磁辐射，黑体与热辐射达到平衡时，辐射能量密度 随频率 变化的曲线,维恩经验公式 除了低频部分外，公式与实验曲线符合,瑞利金斯公式,是发散的,-紫外光灾难,黑体辐射,普朗克经验公式：,此公式趋于维恩公式,与瑞利斯公式相似,普朗克公式是猜出来的，普朗克后来在理论上找 到解释：电磁辐射能量交换是量子化的,
4、光电效应,赫兹1887年在用莱顿瓶放电的实验中发现光电效应。光电效应特点： 存在临界频率，只有入射光的频率大于临界频率，才会有光电子逸出。 每个光电子的能量只与照射光的频率有关。 入射光频率大于临界频率时，只要光一照上，几乎立刻观测到光电子。,光电效应,汤姆逊通过气体放电现象及阴极射线的研究(1897)发现电子 ， 爱因斯坦用光量子说解释了光电效应 光电方程,爱因斯坦因此于1921年获诺贝尔奖,光谱,1885年，巴耳末对观察到的氢光谱线研究后提出了一个经验公式 1889年，里德伯提出了一个普遍的方程：,RH里德伯常数，经验常数（109677.58cm-1）,光谱,n=1,2,3 对每一个n,
5、n=n+1，n+2，n+3 对于n=1， n= 2，3，谱线在紫外区：赖曼线系 n=2， n= 3，4，可见区：巴耳末系 n=3， n= 4，5，6，在红外区：帕邢系 n=4， n= 5，6，7，在红外区：布喇开系 n=5， n= 6，7，8，在红外区：普丰特系,-原子线状光谱产生机制是什么？ -为什么凑出来的？ -它为什么能与实验事实符合得这么好？ 当波尔把量子说引入卢瑟福模型得到了答案。,玻尔原子理论模型,提出了原子轨道和能级概念，解释了原子发光机理 电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量， 只有当电子从一个轨道跃迁
6、到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，,辐射的频率和能量之间关系由Ehv给出。 玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律。,尼尔斯.玻尔,奥格.玻尔,玻尔模型假设,绕核运动的电子只能沿满足一定条件的轨道运动，在这些轨道上原子处于稳态，这些稳态对应的不连续的能量数值组成原子的能级。处于稳定状态的原子不辐射、不吸收能量-定态条件 电子在不同轨道跃迁时，将发射或吸收光子，从能量为En的稳定态跃迁到能量为Em的稳定态时，将辐射或吸收一定频率v的光子，且光子的能量为 hv=En-Em -频率条件,辐射条件 其中h是普朗克常数，v是辐射频率。,玻尔模型假设,角动量量
7、子化,至此，玻尔模型三步曲完成: 定态条件（量子态概念） 频率条件（量子跃迁） 角动量量子化。,原子模型要点,原子由带正电荷的原子核和绕核运动的电子组成，整个原子为电中性； 关于原子轨道理论； 轨道电子具有一定能量，内层轨道电子能量低，外层能量高； 电子符合核外电子分层排布规则； 关于原子能级理论。,解释氢光谱,解释氢光谱 氢原子能级 解释类氢离子光谱 类氢离子能级,类氢离子： Z=1 H， 电中性 Z=2 He+ Z=3 Li2+ Z=4 Be3+,玻尔模型的困难,电子在驻态时发射电磁波的能力为何消失？ 无法解释氦原子等简单原子的光谱。 无法解释氢原子的谱线的精细结构。 在E1和E2两态之间
8、电子处于什么状态。 完全没涉及谱线的强度、宽度等特征。 以经典理论为基础, 是半经典半量子的理论 对于电子绕核的运动，用经典理论处理； 对于电子轨道半径，则用量子条件处理。,波尔模型示意图,原子结构示意图,卢瑟福-玻尔原子结构模型,原子组成,质子 原子核 原子 中子 核外电子 质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数 原子大小：10-8cm=A0=10-10m,原子的基本特性,决定元素化学性质 原子符号： X 元素符号 A 原子质量 Z 质子数 原子序数： 元素周期表位置 =原子带正电荷数(Z) =原子核内质子数,符号含义,元素符号,质量数,核电荷数 (核内质子数),质量数,核电荷数,离子的价态
9、,一个分子中的 原子个数,化合价,原子质量,阿伏伽德罗定律:一摩尔的任何核素物质所包含的原子个数相同，都等于恒量。 1U=1.6605655x10-27kg 原子质量是指单个原子的质量，是原子的一个重要基本量。 原子的质量：相对原子质量 相对原子质量=原子的质量/碳原子质量的1/12 ,相对原子量=质子数+中子数 相对质量含义： 相当于静止质量,原子质量,原子质量 A A=Z(质子数)+N(中子数) 举例： He 氦原子 原子质量 = 4(碳当量) 质子数 = 2 中子数 = 2 原子核带 2e正电荷 原子核外电子 2个,原子大小,不论原子轻重如何，它们的大小在通常情况下都是差不多的.任何原子的半径数量级都为 m或l 。,原子核,质子和中子构成，大小约10-13cm(费米级) 原子核由核力约束(结合能) 原子核具有能级，原子核能级变化会吸收或辐射射线 可采用中子、质子或其他基本粒子轰击原子核，改变核内质子或中子数目。 同位素:质子数相同、中子数不同的原子,构成原子的粒子及其性质,
