原子物理学教学课件0.docx

1、原子物理学教学课件0 原子物理学教学课件 河河北北师师范范大大学学物物理理学学院院2 20 00 07 7级级物物理理本本科科课课程程 原原原子A A At t to o om m mi i ic c c P P Ph h hy y ys s si i ic c c 子子物物物理理理学学学 李 冀 一一、 、 课 课程程性性质质 绪绪论论 二二、 、 原三三、 、 原四四、 、 关学学习 习方原子原子关于方法法和子物子物于教教材和要物理理学物理理在材和要求学发在物和教教学求 发展物理理学学内展简简史学中内容容 五史 中的 的地五、 、地位位 一、 课程性质 原原子相相互子物互作物理理学作用用的

2、学是的物是研研究物理理学究原学分分支原子子的支。 。 的结结构构、 、 运运动动规规律律及及 本本课课程生生， ， 属微微观观世固固体体物等等课课程程的属于世界界研物理理学程的的基的授于专授课课对专业业基研究究领学、 、 原基础础课对象象为基础础必领域域的原子子核课， ， 也为大必修的入入门核物物理也是是现大学修课课， ， 是门课课程理学学、 、 近现代代物学本本科科二是学程， ， 是近代物理理学二年年级学生生开是量代物学的级的开始量子物理理实的基基础的学始进进入子力力学实验础课学 入 学、 、 验 课。 。 原原子初步律律； ； 子物步了 了 解物理理学解微学的微观的教教学观世世界学目 目

3、的界的的结的是结构是使构和使学和运学生生 运动动规 初规 了 了 解次次 ， ， 逐念念 、 、 语界界； ； 不仅仅理理理及及研的的科科学解 无无 限逐步语 言言 及限 分步 建分割建 立及 思割 的立用思 维的 物用 量维 方物 质量子方法质世子 化法来世界化 的来 研界的的 思研究的 结思 想究 微结 构想 、 、 概微 观观 世构 层层概世 不理解研究学研研究解、 、 掌究方方法究前掌握法， ， 而前沿沿并握原原子而且并学学习子物且要习其物理要了 了 解其研理学学的解现研究究原的基现代原理基本代原理与本概原子与方概念子物方法念、 、 原物理理学法。 。 原 学 二二、 、 原（ （ 一

4、一） ） 原1. 古代哲学家的原子 万物由什么组成？ 物质可以被无 休止地分割为愈来愈小的物质单元， 还是存在构成世界的砖块？ 原子原子子的子物的历物理理学历程程： ： 从学发从哲发展哲学展简学到简史到科科学史 学 这是古代哲人们就开始思索的问题。 公公元生生德子子说（ （ ） ） 和 同同时时代代的的亚亚里观观， ， 认认为为物物质去去。 。 元前前5 50 00 0德谟谟克克利说 : : 物前前4 40 00 0年利特特等等古物质质是是由年 古古希希腊由一一些和空里士士多多德质是是连连续古希腊哲哲学些不不再空间间构德等等人人反续的的、 、 可希腊腊人学家再可可分构成反对对物可以以无人留家首

5、首先分的成的的。 。 物质无限留基基伯先提的原原子伯及提出出 原子 及其其学原 学 质的限地的原地分分割原子子 割下下 我我国出出现国战现了 了 与战国国时时期与上上述期（ （ 公述类类似公元似的元前前 的两两种种观 ） ） 就点 就 观点 惠惠施施（ （ - -3 37 70 0 - -3 31 10 0） ） ： ： 至至小小无无内内， ， 谓谓之之小小一焉 半， ， 历一 中战国万万世世而近几几百确确性性。 。 中庸国时时期而不百年庸 明期公不竭年来明确公孙竭。 。 来的的物确指孙龙指出龙： ： 一出： ： 语一尺语小尺之小， ， 天之椎椎， ， 日 日 取天下下莫莫能取其其半能破破焉

6、战历 近物理理学学一一直直在在考考验验这这句句话话的的正正 2 2. . 化 英化学英国国化疑疑的的化能能通通过物物质质称 1 18 80 08 8年系系 一基基本本观分分的的物学学变变化近近代代原学家化学化学过化称为年， ， 化一书观点物质化中原子家的学家学家化学为元的原家玻家 （ （ 1 16 66 61 1年学方方法法将元素素。 。 化学学家家道书， ， 更更进进一点： ： 化化学学元质粒粒子子中均均保保持持自 自 己子理理论论得得以原子玻意意耳子 耳（ （1 16 62 27 7年） ） 的将其其分 1 16 69 91 1年的书书中分解解成成更年） ） 在中， ， 把更简简单单组在把

7、任任何组分分的怀何不的 怀 不 道尔一步元素原尔顿顿在步阐阐述素由由非原子子组己的的独以建建立立。 。 在述了 了 化非常常微组成成， ， 原独特特性化化学化学微小学哲学原小的原子性质质哲学原子的、 、 不子在在 所。 。 由学的子学的新新体学说说 的不 可可再所有有化由此体 的再化此 1 18 86 69 9年的的元提提示性性重 在2 20 0世有有人规规律 年， ， 俄元素素周示人人们重复复的世纪人知知道律性性。 。 俄国周期期表们， ， 原的结结构纪原原子道为为什国著著名表。 。 周原子子自 自 身 身 必构。 。 这这背子核核和和量什么么在在周名化周期化学期表学家表的必然背后后隐量子子

8、理周期期表家门的结然存隐藏理论表里门捷捷列结构构性存在在不藏的的是论发发现里会会出列夫性和不断是什现之出现夫发发表和规规律断做做周什么么呢之前前， ， 没现这这样表他律性周期呢？ ？ 他 性 期 在没 的 样的 不不过对对原过， ， 在原子子进在迈进行行科迈进科学进2 20 0世学研世纪研究纪以究的以前的另另一前， ， 且一方且让方向向。 。 让我我们们转转向向 力 创 3 3. . 物 丹尼上上提子子运动动论 1 19 9世原原子的的集等等构建建了 了 统物理理学学家家的的原原子子 丹尼尔提出运动论的的序世纪纪， ， 麦子模模型集合合来构成成气统计尔 伯出了 了 物动推推导序幕伯努物质导出幕

9、。 。 麦克克斯型， ， 把来处处理气体体的计力力学努利质的出压利则的原压强则在原子强公在1 17 73 38 8年子结结构公式式， ， 由年首构的的思由此首先思想此揭先于想， ， 并揭开开分于现现在并从分子在意意义从分子运义 分 运 斯韦把气气体理， ， 说的分分子学 的韦与体看说明子的的分分支与玻看作明了 了 气的一一般支。 。 玻尔作由尔兹由原气体般表兹曼原子体的表现曼采子组的温现， ， 并采用组成温度用当成的度、 、 压并由由此当时的分压力此创时的分子的 子 原原子构构的归归功1 18 81 14 4许许多 到1 19 9世分分子关关系物物理 子光的认功于于埃1 18 87 74 4）

10、 ） 。 。 氢多科科学学家家寻光谱谱， ， 特认识识起埃格格斯特别起到到了 了 促斯特特朗别是是氢促进朗（ （ A A. .J J. . n ng gs st tr r m m, ,瑞氢光光谱谱的的明明显寻求求理理论论解解释释。 。 氢光进作光谱谱的作用用。 。 氢的发发现氢光现对对原光谱谱的原子的获瑞典性， ， 促子结获得典， ， 促使结 得 显规规律律性使 到世纪子组组成系， ， 解理学学家纪中成揭解释家和中叶揭示释了 了 许和化化学叶后示了 了 物许多学家后， ， 由物理多问家接由于理和问题接受受了 了 原于假和化题， ， 因假设化学设物学现因而原子子假物质现象而日 日 益假说质由象间

11、由原间的益增说。 。 原子的许增多子和许多多的和 多 的 然然而而， ， 原原子子真真的的存存在在吗吗？ ？ 4 4. . 原 围围绕绕原纪纪末末展（ （十十余都都是是赫 正正方地地的的玻 反反方界界具具有 名名言实实是是， ， 我原子原子子是展开开了 了 一余年年） ） ， ， 参赫赫赫有有名子真真的是否否存一场的存存在在的场激激烈参与与人名的的。 。 存在的问问题烈的的争人数数之在吗题， ， 几争论论。 。 这之多多， ， 争吗？ ？ 几位位重这场争论 重量场论论之量级论战之激级科科学战持持续激烈烈在学家续时在科家在时间科学在1 19 9世间之之久学史史上世 久 上 方： ： 以玻尔以统尔

12、兹兹曼统计曼（ （1 18 84 44 4计力力学学研研究究而1 19 90 06 6年而在在物物理年） ） 是理学是原学巨原子巨人子存人中存在中赢在的赢得得一的笃一席笃信信者席之之 者。 。 方： ： 一有巨一大大批巨大大影批著影响响的著名名的的马的科科学马赫赫 。 。 学人人士士， ， 其其中中之之一一是是当当时时科科学学 言： ： 原原子我们们无子是无论是有有色论如色的如何的、 、 发何也也没发热没有热的有感感觉的、 、 发觉到发声到原原子声的子。 。 的、 、 坚坚硬硬的的？ ？ 事事 直直到还还停 假假说是是抽是是纯 对对原争争论在在的到十停留留在说 这抽象象的纯粹粹的原子子的论的的

13、办的实实验十九在对这样的哲的物的信办法验证九世世纪对物样的哲学物理信仰法就证据纪末物质质结的阶阶段学理理论理学学和仰者者而就是是找据。 。 末， ， 原结构段。 。 它论， ， 但和化化学而言找到原子构的的 设它虽但也学理言， ， 彻到原原子子 的设想虽然也不不完理论论。 。 彻底底解子真真实的概想 和然不不再完全概念念 和 再 全 解决决 实存存 5. 看见了原子 19世纪末,物理学已经有了 相当的发展,经典物理学已经 建立了 完整的理论体系.这时,物理学家普遍认为物理学 已经发展到顶,伟大的发现不会再有了 ,以后的任务无非 是在细节上做些修补,使常数测得更精确而已.然而,19、 20世纪之

14、交物理学的三大发现,打破了沉闷的空气,揭开 了现代物理学的序幕: 1 18 89 95 5年 年伦伦琴琴发发现现X X射射线线。 。 1 18 89 96 6年象象， ， 但 1 18 89 97 7年年， ， 贝但射射线年， ， 汤贝克线成成分汤姆姆孙克勒分不孙发勒尔不明发现尔B Be ec cq qu ue er re el l发明。 。 现电电子子。 。 发现现铀铀等等放放射射性性现现 电 子 的 发 现 1 18 89 98 8- - -1 19 90 03 3年发发现现 、 、 、 、 射年， ， M M. . P Pl la an nc ck k研假假说说。 。 1 19 90 0

15、5 5- - -1 19 90 06 6 年应应， ， 建建立立光光子义义相相对对论论, , 并 1 19 90 08 8年年1 1月 月 ， ， 卢荷荷后后就就是是氦氦原的的数数目 目 - - - - -原年， ， 卢卢瑟瑟福射线研究究黑福（ （ E E. . R Ru ut th he er rf fo or rd d） ） 线 黑体体辐辐射射建 1 19 90 00 0年建立立量量子子 年 ， ， A A. . E Ei in ns st te en n 为子说说。 。 同同年并将将布布朗朗运运动卢瑟瑟福福确确认原子子， ， 并并成原子子的的发发现生！ ！ 为 解立比比热的研研究究量认 粒粒子成功功地地计现。 。 解 释热理量化子在在失计数数了 了 氦释 光理论化。 。 失去去电氦离光 电论和电 效和狭效 狭 年建动的建立 电 离子子 原原子子物物理理学学诞诞生 1982年宾宁和罗雷 尔在IBM公司苏黎 士实验室发明的一 项非凡表面成像技 术： 扫描隧道显微 镜（STM） 。 通过 这一技术， 人们可 以获得漂亮清晰的 原子图像， 从而第 一次看到了原子！ 0 10 30 50 70