原子物理学绪论...ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,原子物理学,Atomic Physics,广州大学物理与电子工程学院,皮飞鹏,_,E-mail:,pifeipeng,；,QQ:1269142263,答疑地点：行政西楼前座,401,，周,1,上午,1,大节、周,4,下午,短号：,683399,绪论,本课程的定位,原子物理发展简史,学习建议,参考书目,课程要求,关于本课程的定位,可以确定的：普通物理学的第,5,门！量子力学的基础！,不那么确定的：叫什么名字！讲什么内容！,原子物理学：,介绍原子,/,量子物理的发展历程，量子力学基本原理及应用于原子、分子的结果（重点），亚原子物理。归纳法！,(,常见,),量子物理：,从量子力学基本原理出发，研究原子、分子的结构和规律，介绍亚原子物理。演绎法！,(,费曼的体系；赵凯华的体系,),近代物理学：,原子,/,量子物理，有时包括相对论,我的选择：原子物理学,Atom Physics,我的想法：,我们是师范生，了解知识的创建过程也许比了解知识本身更重要！,普通物理前几门都是演绎法，让我们忘记了前人的艰辛和快乐！,20,世纪初的物理学革命：相对论、量子力学,相对论,：极富传奇色彩，众人皆,“,知,”,主要是,A.Einstein,个人的杰作,量子力学,：每个人须臾都离不开，却知者甚少,其实也极富传奇色彩！,由,N.Bohr,领导的一批天才的年轻物理学家创建,发端于,：,1920,世纪之交的,3,大发现,让我们将思绪先调整到春秋战国,/,古希腊时期，人类第一个思想辉煌的时代,西方：,Atom:,物质的最小单元，“不可分割的”,古希腊：,最早由,BC5,世纪希腊思想家留基伯提出，其学生,Democritus,德谟克利特,发展,近代：,Galileo,伽利略,Descartes,笛卡尔,Boyle,玻意尔,Newton,牛顿,Dalton,道尔顿,物质无限可分：,物质是连续的,古希腊：,Aristotle,亚里斯多德,现代,:,分子,原子,基本粒子,夸克,？,人类认识物质结构的历史：,古代,中国,战国时期,端,小一,莫破,:,物质的最小单元,（,梁启超的解读,）,墨子,：端，体之无序最前者也,惠施,：其小无内，谓之小一,中庸,、朱熹、严复,：莫破，莫能破,物质无限可分,：物质是连续可分的,公孙龙,：一尺之棰，日取其半，万世不竭,人类认识物质结构的历史：,古代,讨论：物质是无限可分的吗？,Atom(,希腊字,),:,indivsible,not+cut,不可分割的,杨福家：,“,公孙龙两千多年前的臆想，正在不断得到现代科学的支持”,何祚庥：物质无限可分,=,辩证法，,夸克（即：层子），毛粒子（毛的辩证法）,关洪：,1.,“,物质无限可分,”,既不合于辩证法，,亦没有得到任何物理学规律的支持,；,2.,中国古代没有原子论的萌芽,1.,关洪，原子论的历史与现状，北京大学出版社，,2006,，第一章,2.,何祚庥，三大论战,现代物理学研究中的哲学问题，北京师大出版社，,2000,人类认识物质结构的历史：,19,世纪的化学,1807,年,J.Dalton,原子学说；,1811,年,A.Avodadro,假说,18,世纪，化学大师,A.L.Lavoisier,（拉瓦锡）,发现氧,O,否定燃素说，确定化学元素概念，,古代,炼金术,近代化学,18,世纪末,19,世纪初，,化学家发现：,定比定律、等比定律（化学反应物与生成物的质量关系）,Dalton,原子,-,分子学说：,原子是化学反应中不可分割的微粒,原子是不能化学分解的最单纯的物质，是物质的最小单元,化学反应只改变原子的结合方式，不能使原子互相嬗变,J.Dalton,J.Dalton,生于英格兰一个偏远的小山村，只上过几年小学和中学，为了生计四处漂泊,天生色盲,道尔顿症（,1995,年色盲之谜才解决）,提出新的原子学说,化学哲学新体系,1833-34,年，,M.Faraday,法拉第,提出电解定律：,化学亲和力的本质为电力，,原子里有电荷,1881,年，,H.Helmholtz,霍姆赫兹,：原子所带电荷是分立的,1860-61,年，,G.Kirchhoff,基尔霍夫,等,用光谱学方法帮助化学家发现多种元素：,Cs,、,Rb,Tl,、,In,、,Ga,等,1869,年，,D.Mendeleev,门捷列夫,发现：元素周期律,说明：不同元素的原子结构具有共同的模式,人类认识物质结构的历史：,19,世纪,19,世纪末：物质由原子组成！,那么，原子,还有没有,结构？,原子里面有什么？怎么结合成原子？,三大发现，揭开了物理学革命的序幕,X,射线：,1895,，,W.Rontgen,放射性：,1896,，,H.Becquerel,电子：,1897,，,J.J.Thomson,物理学家总更喜欢没完没了地问这类问题！,X,射线的发现：,历史,1895.12.28,，第一张,X,射线照片,(,伦琴夫人的手,),，轰动世界,1896,年有,1000,多篇论文发表,3,个月后应用于临床，半年后医学应用杂志出版,1901,年第一届,Nobel,物理奖,当时不知道射线的危害，许多科学家身体受损伤,1895.11.8,(,德,),W.C.R,ntgen,在研究阴极射线时,意外发现,一种新的穿透性很强的射线,X,射线,阴极射线穿透性差，能被磁场偏转，而新射线不被磁场偏转，穿透性强，所以不是阴极射线（电子）,W.C.Rontgen,1845-1923,第一张,X,射线照片：,伦琴夫人的手,现代手的,X,射线照片,X,射线发现,的启示：偶然中的必然,偶然：,许多科学家观察到类似的现象，阴极射线管附近的照相底板被曝光，但是，不重视，更没深入研究,必然：伦琴扎住了历史赋予的机遇,一贯十分热爱和关注实验,敏锐的观察和判断能力,锲而不舍的工作作风,机遇总是垂青那些有准备的人,X,射线的发现：,相关的,Nobel,奖超过,16,项,1901,年，伦琴因发现,X,射线,(1895),1914,年，,Laue,因,X,射线在晶体上的衍射,(1912),1915,年，,H.&L.Bragg,父子,XRD,晶体结构分析（,1912,）,1927,年，,Compton,因,Compton,效应,(1923),证明光子假说,1962,年生理学奖，,Wason,Crick,在威尔金斯,DNA,分子的,XRD,实验基础上，提出,DNA,双螺旋结构（,1953,）,1946,年生理学奖，马勒用,X,射线诱发果蝇基因突变,X,射线在多晶上的衍射,Laue,1914 Nobel-P,X,射线在单晶上的衍射,H.&L.Bragg,父子,1915,Nobel-P,放射性的发现：,Becquerel,的,意外,发现,Becquerel(1896),：发现铀盐暴晒后发荧光，且能像,X,射线一样让照相底板感光；但是，阴天也能使底片感光,新射线,：穿透性强，且是铀盐本身发光，显然不是,X,射线,偶然与必然,：,B,家族几代人研究荧光现象和铀盐,1903N-P,Becquerel,的局限：以为放射性只是铀盐才有的性质,居里夫妇,(1897),：,扩大,寻找范围，找到测量发射性的方法,沥青铀矿中分离出新的放射性元素,(1898),：,钍,Th,；钋,Po,；镭,Ra,（放射性是,U,的百万倍）,Becquerel(,法国,),(1852-1908),1903Nobel-P,M.&P.Curie,1903Nobel-P,放射性的发现：,Curie,家族坚持不懈的努力,轰动与质疑：把镭拿来看看！,P.&M.Curie,4,年,劳作：,亲手,从几吨矿渣中提炼,0.1g,纯的氧化镭,1903,年,Nobel-P,Nobel-C,：,M.Curie,继续研究，分离出纯的金属镭！,女儿依琳、女婿,Joliot-Curie,：,发现人工放射性,(1934),：,1935Nobel-C,错失中子的发现,(1932),：机遇只钟情有准备的头脑！,查德威克,1935Nobel-P,J-Curie,与钱三强,放射性的发现：,a,、,b,、,g,射线,放射线的本质是什么？,E.Rutherford,(,J.J.Thomson,的学生,),：,1908,年：,发现并命名,a,射线,(,He,核,),、,b,射线,(,电子流,),g,射线：,1900,年证实其强穿透性，,1902,年,Rutherford,命名,1908,年,Nobel-C,放射性的本质：,原子核的衰变，三种射线都来自原子核,原子核：质子,p+,中子,n,实验一：,证明阴极射线是带负电的粒子流,实验二：,测出荷质比,e/m,，比氢离子大,1000,多倍，只能是一种新的粒子,电子,实验三：,用云室测量电子电量,e,，从而质量,m,e,(,m,H,/1837),汤姆逊,:,一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人,电子的发现：,Thomson,的实验,(1897-1899),阴极射线的本质：波？粒子流？,德国：以太波；英国：带负电的粒子流,A,P,1,P,2,S,O,P,阴极射线实验装置示意图,1897,年,e/m,e,=7.6,10,10,c/kg,而,e/m,H,=9.6,10,7,c/kg,阴极射线管,要敢于突破传统：,其他人拘泥于,“原子不可分”,的观念，,J.J.Thomson,突破传统，承认是一种质量非常小的新粒子,卡文迪许实验室成功的秘密：,追求卓越，不断开拓新的研究领域,善于选择和培养优秀人才（超过,25,人获,Nobel,奖）,优良学风（重视实验、求实与批评精神、教学与科研结合,),电子的发现：,启示,原子有内部结构：,突破了原子不可分的观念，原子具有内部结构，电子是原子的组成部分,开创了原子物理学、粒子物理学的研究：,电子的发现开启了原子物理研究新领域,第一个被发现的基本粒子,开启了物理学革命的新纪元，大批,Nobel,奖,开启了电子技术的新时代,我们每天的生活都离不开这一发现,电子的发现：,意义,原子结构模型的建立,1897,年，,J.J.Thomson,:,发现电子,1906NobelP,1898-1907,年,J.J.Thomson,:,原子结构的“西瓜模型,”,1911,年，,E.Rutherfold,:,a,粒子散射，“行星模型”，,原子由原子核和核外电子组成,1932,年，,J.Chadwick,：发现中子，,1935NobelP,原子核由质子,proton,和中子,neutron,组成,至此，原子结构确立,关于原子内部粒子运动规律的认识：,量子理论的建立,1900,年,M.Planck,:,能量量子假说,1918NobelP,1905,年,A.Einstein,:,光,(,量,),子,photon,假说,1921NobelP,1913,年，,N.Bohr,:,氢原子的量子理论,1922NobelP,1924,年，,de Broglie:,物质波假说,1929NobelP,1925,年，,W.Heisenberg,:,矩阵力学,1932NobelP,1926,年，,E.Sch,dinger,:,波动力学,1933NobelP,1926,年，,M.Bo,rn,:,波函数的统计解释,1954NobelP,1928,年，,P.Dirac,:Dirac,方程,1933NobelP,原子物理发展简史：,量子理论的建立,到,1930,年代，经过,Planck,Einstern,Bohr,de Broglie,Heisenberg,Schodinger,Dirac,Born,Feynmann,等人的努力，量子力学的完整理论基本建立起来,量子力学,相 对 论,近代物理学,与原子物理、量子力学相关的部分,诺贝尔奖获得者,学习建议,原子物理学研究微观规律，概念和理论常常与常识相矛盾，其正确性由实验验证,我们的课程：开始是按历史发展的过程，介绍物理学家“实验,理论,实验”，逐步修正错误走向真理的过程，然后用量子力学的结论研究原子的性质,新眼光、新思维，勤思考、多理解,盖尔曼：,量子力学是一门“十米的、令人捉摸不透的学科，我们谁都谈不上真正理解，我们只是知道怎么去运用它”。于是我们就运用上了，于是有了计算机、洗衣机、手机、核武器，量子创造了现代世界！,课程的考核,成绩：平时,30%,（考勤,+,作业等）,+,考试,70%,作业：,5,次作业，缺,2,次作业无考试资格,无特殊原因迟交作业降一等,期末考试当天下午,4,点前交作业有效,小测验（考虑中）：见习前，随堂测验,小论文（欢迎）：讲课中随时给出建议课题或自己找题，必须有自己的想法！可以代替作业占平时成绩,考试：有思考题、简答题、计算题等,参考书目,原子物理学：,1,、杨福家,(,复旦,),，高教版；,2,、褚圣麟,(,北大,),，高教版；,3,、陈宏芳,(,中科大,),，科学版；,4,、崔宏滨，中科大版,量子物理：,赵凯华,(,北大,),，高教版；,近代物理学：,王永昌,(,西安交大,),，高教版,；,Modern Physics,：,J.Bernstein,et.al,.,高教版；,费曼物理学讲义,（第三卷）：,R.P.Feynman,上海科技版、高教版；,曹天元,(Capo),，上帝掷骰子吗？,(,量子物理史话,),，北京联合出版公司；,M.Kumar,，量子理论,(,爱因斯坦与玻尔关于世界本质的超级论战,),，,重庆出版社,/,果壳版；,关洪（中大），原子论的历史与现状，,北大版,;.,