大學物理 近代物理課件

§3.1氫原子§3.2電子自旋與自旋軌道耦合

§3.4各種原子核外電子的排布§3.3微觀粒子的不可分辨性，泡利不相容原理第3章原子中的電子§3.5X射線*§3.6分子光譜簡介§3.7激光§3.1氫原子§3.2電子自旋與自旋軌道耦合§31§3.3微觀粒子的不可分辨性，一.微觀粒子的全同性同種微觀粒子的質(zhì)量、自旋、電荷等固有性質(zhì)都是全同的，不能區(qū)分。不過經(jīng)典理論尚可按運動軌道來區(qū)分同種粒子。而在量子理論中，微觀粒子的運動狀態(tài)是用波函數(shù)描寫的，沒有確定的軌道，因此也是不可區(qū)分的。物理把這稱做“不可分辨性”，或“全同性”。泡利不相容原理量子它們§3.3微觀粒子的不可分辨性，一.微2全同粒子系統(tǒng)必須考慮這種不可分辨性。以兩個粒子組成的系統(tǒng)為例：設(shè)粒子1、2均可分別處在狀態(tài)A或B，相應設(shè)它們組成的系統(tǒng)的波函數(shù)為(1,2)，由于粒子不可分辨，應有：即波函數(shù)分別為A(1)

、

A(2)、B(1)、B(2)則全同粒子系統(tǒng)必須考慮這種不可分辨性。以兩個粒子組成的系統(tǒng)為例3——波函數(shù)對稱——波函數(shù)反對稱體系的波函數(shù)可以有以下兩種形式：Ⅰ=A(1)B(2)

和Ⅱ=A(2)B(1)

這兩種形式出現(xiàn)的概率應是等價的，（反對稱）常量它是歸一化因子。即體系有一半可能處在Ⅰ態(tài)，有一半可能處在Ⅱ態(tài)。因而，體系總波函數(shù)應是Ⅰ和Ⅱ的線性疊加：（對稱）——波函數(shù)對稱——波函數(shù)反對稱體系的波函數(shù)可以有以下兩種4全同粒子按自旋劃分，可分為兩類：

1.費米子（Fermion）粒子自旋s=3/2e

,p,n

,

,,,等自旋s=1/2二.費米子和玻色子、泡利不相容原理例如：費米子是自旋s為半整數(shù)的粒子全同粒子按自旋劃分，可分為兩類：1.費米子（5費米子的波函數(shù)是反對稱的：即：當量子態(tài)A=B時，不能有兩個全同的費米子處于同一的單粒子態(tài)——泡利不相容原理。這表明：費米子的波函數(shù)是反對稱的：即：當量子態(tài)A=B時，不能有兩6光子

——s=1。玻色子的波函數(shù)是對稱的：——s=0，例如：一個單粒子態(tài)可容A=B時，不受泡利不相容原理的制約。

2.玻色子（Boson）玻色子是自旋s為0或整數(shù)的粒子這表明：納多個玻色子，光子——s=1。玻色子的波函數(shù)是對稱的：—7由量子統(tǒng)計給出，——費米—狄拉克統(tǒng)計——粒子的化學勢Fermi—Diracstatistics*三.費米統(tǒng)計和玻色統(tǒng)計（書第4章4.3節(jié)）費米子系統(tǒng)在溫度T的平衡態(tài)下，能量為E的量子態(tài)上的平均粒子數(shù)為：—費米能量T不太高時，(T)EFT>0EFET=001

N(E)0.5（）1.費米統(tǒng)計由量子統(tǒng)計給出，——費米—狄拉克統(tǒng)計——粒子的化學8由于用來激發(fā)粒子到高是費米氣體的一個特征溫度，時，費米分布的平臺就消失了。的數(shù)量級，上寬度為kT的狹窄范圍內(nèi)，將費米分布臺階的棱角變鈍，用TF表示：而T>>

EF/k故T<<EF/k

時，可見，EF

/k稱做費米溫度，形成有一定坡度的過渡帶。0EFET=01

N(E)T<<EF/k0.5能級的能量一般只有

kT粒子只能躍遷到費米能級T

>>EF/k由于用來激發(fā)粒子到高是費米氣體的一個特征溫度，時，費米分布的92.玻色統(tǒng)計由量子統(tǒng)計給出，玻色子占據(jù)能量為E的——玻色—愛因斯坦統(tǒng)計（Bose-Einsteinstatistics）在所有溫度下，N(E)都不應為負或無限大，一個量子態(tài)的平均數(shù)為：由此可引出玻色—愛因斯坦凝聚的概念。2.玻色統(tǒng)計由量子統(tǒng)計給出，玻色子占據(jù)能量為E的——玻色10設(shè)最低能級（基態(tài)）E0=0，要求當T0K時，>N0>0，則有<0。任意激發(fā)態(tài)a：則有上式表明，0K時玻色氣體全部粒子都集中在動量空間形成了一個“凝聚體”，稱為玻色—愛因斯坦凝聚（BEC）。到基態(tài)上，設(shè)最低能級（基態(tài)）E0=0，要求當T0K時，>11T>TCT=TCT<TCv=0原子速度分布逐漸達到BEC的三維示意圖

1995年實現(xiàn)了超冷原子的BEC，的原子處于同一量子態(tài)（2001，Nob）。了原子的相干，可做成原子干涉儀和量子頻標等。達到了宏觀數(shù)量BEC實現(xiàn)T>TCT=TCT<TCv=0原子速度分布逐123.過渡到經(jīng)典統(tǒng)計當E很高時，所以高能態(tài)時，量子統(tǒng)計就過渡到了經(jīng)——麥克斯韋—玻耳茲曼統(tǒng)計典的麥克斯韋—玻耳茲曼統(tǒng)計。3.過渡到經(jīng)典統(tǒng)計當E很高時，所以高能態(tài)時，量13△§3.4各種原子核外電子的排布一.原子中電子的四個量子數(shù)描述原子中電子的運動狀態(tài)需要一組量子數(shù)▲主量子數(shù)n=1,2,3,…是決定能量的主要因素；▲角（軌道）量子數(shù)l=0,1,2…(n-1)

，

對能量有一定影響（l越小，能量越低）；——n，l，ml

，ms△§3.4各種原子核外電子的排布一.原子中電子的四個量14另有自旋量子數(shù)，自旋角動量不變，可不計入。▲磁量子數(shù)，引起磁場中的▲自旋磁量子數(shù)，產(chǎn)生能級精細結(jié)構(gòu)。能級分裂；另有自旋量子數(shù)，自旋角動量不變，可不計15二.電子的殼層分布泡利1925年提出：“一個原子內(nèi)不可能有四個量子數(shù)全同的電子”一支殼層內(nèi)電子可有(2l+1)×2種量子態(tài)，∴主量子數(shù)為n的殼層內(nèi)可容納的電子數(shù)為：同一個n組成一個殼層（K,L,M,N,O,P…），相同n,l組成一個支殼層（s,p,d,f,g,h…），此即泡利不相容原理（Pauliexclusionprinciple）二.電子的殼層分布泡利1925年提出：“一個原子內(nèi)不可161945年諾貝爾物理學獎獲得者

——泡利奧地利人WolfgangPauli1900—1958提出泡利不相容原理1945年諾貝爾物理學獎獲得者

17三.能量最小原理“電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)”nl1021032103d3p3s2p2s1sZeKLMn=1n=2n=3經(jīng)驗規(guī)律：(n+0.7l)大→E大

E3，2(3d

態(tài))>E4，0(4s態(tài))

例如：三.能量最小原理“電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)”nl102103218§3.5X

射線1895年11月8日，倫琴（

WilhelmC.R?ntgen）在暗室做陰極射線管氣體放電實驗時，發(fā)現(xiàn)在一定距離外的熒光屏會發(fā)射微光。經(jīng)反復實驗，確認這不是陰極射線所致。他發(fā)現(xiàn)此神秘射線是中性的，以直線前進、并得到了他夫人手指骨輪廓的照片。有穿透性，§3.5X射線1895年11月8日，倫琴（Wilh19維也納醫(yī)院在外科中首次使用了X

射線來拍片。1895年底，他發(fā)表了《論新的射線》的報告和夫人手指骨的照片，引起強烈反響。三個月后，德國人WilhelmC.R?ntgen18451923發(fā)現(xiàn)X射線（1895）1901年諾貝爾物理學獎獲得者

——倫琴維也納醫(yī)院在外科中首次使用了X射線來拍片。1895年底，他20一.原子光譜的構(gòu)成和X

射線發(fā)射譜光學線狀譜：價電子躍遷紅外紫外

X

射線譜連續(xù)譜：線狀譜：韌致輻射10-2?102?

內(nèi)層電子躍遷：10-1?102?E：10-1eV101eVE：103eV104eV原子光譜它與接下兩年宣布的放射性（1896）X射線的發(fā)現(xiàn)，開始了物理學的新時期；和電子的發(fā)現(xiàn)（1897）一起，揭開了近代物理的序幕。106?103?

：一.原子光譜的構(gòu)成和X射線發(fā)射譜光學線狀譜：價電子躍遷21

X射線發(fā)射譜：相對強度波長（?）不同的外加電壓相對強度波長（?）固定的外加電壓X射線發(fā)射譜：相對強度波長（?）不同的外加電壓相對強度波22二.X射線的連續(xù)譜連續(xù)譜起源于軔致輻射（bremsstrahlung）輻射強度電子受阻輻射電子打重物質(zhì)（Z大）輻射強電子感應加速器：電子打W靶產(chǎn)生硬

X

射線-eZe●高速電子m原子核二.X射線的連續(xù)譜連續(xù)譜起源于軔致輻射（bremsstra23—與靶元素無關(guān)實驗表明軔致輻射連續(xù)譜有下限波長：理論分析：——也可用來測h的存在是量子論正確性的又一例證。電子的動能全部轉(zhuǎn)化為輻射能時，有

1915年，Duane和Hunt用這種方法測出的h值和光電效應的一致，說明了h的普適性?！c靶元素無關(guān)實驗表明軔致輻射連續(xù)譜有下限波長：理論分析：24三.X射線的線狀光譜（特征譜，標識譜）

這說明，線狀譜起源于電子的內(nèi)層躍遷，它的位置由元素決定，與電壓U無關(guān)。1.1906年巴克拉（L.G.Barkla）

發(fā)現(xiàn)：

任何元素發(fā)出的射線都包含若干線系，按貫穿本領(lǐng)依次稱

K、L、M…。

K線系中有K，K，K，…

L線系中有L，L，L

，…等。

不同元素的X射線譜無周期性變化

巴克拉由于發(fā)現(xiàn)和研究X

射線的線狀譜，獲得了1917年諾貝爾物理獎。三.X射線的線狀光譜（特征譜，標識譜）這說明，線25ZeKLMNOL系K系重金屬K系K，L層電子離核近受核影響大。不同元素K，L系光譜不同——

特征譜ZeKLMNOL系K系重金屬K系K，L層電子離核近受核影響大261913年，Moseley測量了Al，Ca，Sc，Ti 同年玻爾理論發(fā)表，Moseley發(fā)現(xiàn)他的定律可由2.莫塞萊（Moseley）定律等38種元素的X射線譜，發(fā)現(xiàn)：玻爾理論得出：1913年，Moseley測量了Al，Ca，Sc，Ti 27n=2的電子感受的電荷應為(Z

1)e。實驗和理論兩者公式這是因為n=1的殼層還有

稱莫塞萊定律這表明K線是較重元素n=2到n=1躍遷產(chǎn)生的。Z—該元素的原子序數(shù)。

—某元素發(fā)出的K

線的頻率，式中差別在于Z2和(Z1)2，一個電子，n=1n=2被電子打出的空穴ZeKn=2的電子感受的電荷應為(Z1)e。實驗和理論兩28歷史上就是用莫塞萊公式來測定元素Z的,表上被顛倒了的位置。指出了Z

=43,61,75（锝，钷，錸）這三個元素在周期表中的位置。

K系只與元素本身有關(guān)，與化學結(jié)構(gòu)無關(guān)，這更說明了X

射線線狀譜的標識作用。并糾正了Ni28Co27與在周期歷史上就是用莫塞萊公式來測定元素Z的,表上被顛倒了的位置。29四.X

射線的應用透視、衍射、CT、X

射線熒光分析……▲

X

射線連續(xù)譜的應用—透視（醫(yī)學上、工業(yè)上）

左圖為心臟起搏器的X光照片（假彩色）起搏器心臟電線四.X射線的應用透視、衍射、CT、X射線熒光分析……30同方威視集裝箱檢測系統(tǒng)用高能X射線對某些集裝箱進行透視：上集裝箱申報為毛毯，檢測表明實為小汽車。同方威視集裝箱檢測系統(tǒng)用高能X射線對某些集裝箱進行透31申報為柚木藏有象牙申報為柚木藏有象牙32▲X

射線特征譜的應用—粒子激發(fā)X射線熒光分析（PIXE）（ParticleInducedX—rayEmission）原理：p、、轟擊樣品產(chǎn)生特征X射線特點：以質(zhì)子激發(fā)為例

(1)靈敏度高，1—0.1g/g

，樣品10g

(2)進行微區(qū)分析mm

m

(3)無損，多元素同時分析，是表面分析由能量定成分（Z），由譜線強度定含量。能量▲X射線特征譜的應用—粒子激發(fā)X射線熒光分析（PIXE33出的X射線的能量和數(shù)量決定元素性質(zhì)和含量。與電子熒光分析（

e

─X）比較，其優(yōu)點是：(1)韌致輻射?。↖1/m2）(2)探測靈敏度高102104倍(3)可在大氣或氦氣環(huán)境下分析應用舉例：越王勾踐劍的分析；人發(fā)分析；大氣污染分析。適合對珍貴的、大型的和生物的樣品進行分析質(zhì)子熒光分析（

p

─X）

用質(zhì)子使樣品中的元素產(chǎn)生空穴，靠由此發(fā)出的X射線的能量和數(shù)量決定元素性質(zhì)和含量。與電子熒光分析（34★

越王勾踐劍的質(zhì)子熒光分析勾踐劍1965年湖北江陵望山一號墓出土。同時出土的還有輔劍（花紋同、無銘文）。古劍寶庫中的珍品，舉世聞名。在地下埋藏了大約2500年（春秋戰(zhàn)國時），至今光華四射，鋒利無比。劍長64.1cm，分析面積大，要求精度高，這兩柄劍是我國要確保無損。用質(zhì)子熒光分析最合適?！镌酵豕篡`劍的質(zhì)子熒光分析勾踐劍1965年湖北江陵望山一35越王勾踐劍越王不壽劍（勾踐之孫的劍）越王州句復合劍（勾踐曾孫的劍）越王勾踐劍越王不壽劍（勾踐之孫的劍）越王州句復合劍（勾踐曾孫36X射線Si(Li)探測器放大多道分析器樣品目的是分析劍上的黑色和黃色花紋各部分的成分和含量。質(zhì)子靜電加速器質(zhì)子X熒光非真空分析實驗裝置示意圖質(zhì)子束直徑：2mmX射線Si(Li)探測器放大多道分析器樣品目37越王勾踐劍黃花紋處的PIXE能譜（質(zhì)子能量1.7MeV，束流強度約5nA，測量時間10分鐘）◆

Fe遠低于Cu礦中含量，加之表面硫化處理，起到了很好的防銹作用。◆

Cu、Sn、Pb合金硬度大、◆主要成分是Cu和Sn。◆

Ar是表面附著的大氣所含。鋒利，冶煉水平的高超。反映了我國古代越王勾踐劍黃花紋處的PIXE能譜（質(zhì)子能量1.7MeV，束流38越王勾踐劍飾物——琉璃處的PIXE能譜（質(zhì)子能量1.7MeV，束流強度約5nA，測量時間10分鐘）

劍柄上的琉璃屬K

、

Ca玻璃，是我國發(fā)現(xiàn)的最早的K、Ca玻璃。越王勾踐劍飾物——琉璃處的PIXE能譜（質(zhì)子能量1.7MeV39用質(zhì)子激發(fā)X射線分析各部分成份：CuSnPbFeSAs劍刃80.318.80.40.4微黑花紋73.922.81.41.8微微劍格41.542.66.13.75.9微鉻化處理，德1937年、美1950年才申請專利。

★秦始皇兵馬俑坑中箭頭的p

─X分析：CuSnPb表面有Cr，斷面無Cr。用質(zhì)子激發(fā)X射線分析各部分成份：CuSnPbFeSAs劍刃840含砷頭發(fā)的PIXE能譜質(zhì)子能量2MeV，束流強度約20nA，測量時間30分鐘。

PIXE法只需幾根頭發(fā)，而且不破壞樣品。★人發(fā)分析含砷頭發(fā)的PIXE能譜質(zhì)子能量2MeV，PI41上海楊蒲區(qū)某處拉薩市某處上海市和拉薩市空氣采樣的PIXE能譜比較★大氣污染分析上海市大氣中的Pb含量較拉薩市高得多上海楊蒲區(qū)某處拉薩市某處上海市和拉薩市空氣采樣的PIXE能譜42§3.1氫原子§3.2電子自旋與自旋軌道耦合

§3.4各種原子核外電子的排布§3.3微觀粒子的不可分辨性，泡利不相容原理第3章原子中的電子§3.5X射線*§3.6分子光譜簡介§3.7激光§3.1氫原子§3.2電子自旋與自旋軌道耦合§343§3.3微觀粒子的不可分辨性，一.微觀粒子的全同性同種微觀粒子的質(zhì)量、自旋、電荷等固有性質(zhì)都是全同的，不能區(qū)分。不過經(jīng)典理論尚可按運動軌道來區(qū)分同種粒子。而在量子理論中，微觀粒子的運動狀態(tài)是用波函數(shù)描寫的，沒有確定的軌道，因此也是不可區(qū)分的。物理把這稱做“不可分辨性”，或“全同性”。泡利不相容原理量子它們§3.3微觀粒子的不可分辨性，一.微44全同粒子系統(tǒng)必須考慮這種不可分辨性。以兩個粒子組成的系統(tǒng)為例：設(shè)粒子1、2均可分別處在狀態(tài)A或B，相應設(shè)它們組成的系統(tǒng)的波函數(shù)為(1,2)，由于粒子不可分辨，應有：即波函數(shù)分別為A(1)

、

A(2)、B(1)、B(2)則全同粒子系統(tǒng)必須考慮這種不可分辨性。以兩個粒子組成的系統(tǒng)為例45——波函數(shù)對稱——波函數(shù)反對稱體系的波函數(shù)可以有以下兩種形式：Ⅰ=A(1)B(2)

和Ⅱ=A(2)B(1)

這兩種形式出現(xiàn)的概率應是等價的，（反對稱）常量它是歸一化因子。即體系有一半可能處在Ⅰ態(tài)，有一半可能處在Ⅱ態(tài)。因而，體系總波函數(shù)應是Ⅰ和Ⅱ的線性疊加：（對稱）——波函數(shù)對稱——波函數(shù)反對稱體系的波函數(shù)可以有以下兩種46全同粒子按自旋劃分，可分為兩類：

1.費米子（Fermion）粒子自旋s=3/2e

,p,n

,

,,,等自旋s=1/2二.費米子和玻色子、泡利不相容原理例如：費米子是自旋s為半整數(shù)的粒子全同粒子按自旋劃分，可分為兩類：1.費米子（47費米子的波函數(shù)是反對稱的：即：當量子態(tài)A=B時，不能有兩個全同的費米子處于同一的單粒子態(tài)——泡利不相容原理。這表明：費米子的波函數(shù)是反對稱的：即：當量子態(tài)A=B時，不能有兩48光子

——s=1。玻色子的波函數(shù)是對稱的：——s=0，例如：一個單粒子態(tài)可容A=B時，不受泡利不相容原理的制約。

2.玻色子（Boson）玻色子是自旋s為0或整數(shù)的粒子這表明：納多個玻色子，光子——s=1。玻色子的波函數(shù)是對稱的：—49由量子統(tǒng)計給出，——費米—狄拉克統(tǒng)計——粒子的化學勢Fermi—Diracstatistics*三.費米統(tǒng)計和玻色統(tǒng)計（書第4章4.3節(jié)）費米子系統(tǒng)在溫度T的平衡態(tài)下，能量為E的量子態(tài)上的平均粒子數(shù)為：—費米能量T不太高時，(T)EFT>0EFET=001

N(E)0.5（）1.費米統(tǒng)計由量子統(tǒng)計給出，——費米—狄拉克統(tǒng)計——粒子的化學50由于用來激發(fā)粒子到高是費米氣體的一個特征溫度，時，費米分布的平臺就消失了。的數(shù)量級，上寬度為kT的狹窄范圍內(nèi)，將費米分布臺階的棱角變鈍，用TF表示：而T>>

EF/k故T<<EF/k

時，可見，EF

/k稱做費米溫度，形成有一定坡度的過渡帶。0EFET=01

N(E)T<<EF/k0.5能級的能量一般只有

kT粒子只能躍遷到費米能級T

>>EF/k由于用來激發(fā)粒子到高是費米氣體的一個特征溫度，時，費米分布的512.玻色統(tǒng)計由量子統(tǒng)計給出，玻色子占據(jù)能量為E的——玻色—愛因斯坦統(tǒng)計（Bose-Einsteinstatistics）在所有溫度下，N(E)都不應為負或無限大，一個量子態(tài)的平均數(shù)為：由此可引出玻色—愛因斯坦凝聚的概念。2.玻色統(tǒng)計由量子統(tǒng)計給出，玻色子占據(jù)能量為E的——玻色52設(shè)最低能級（基態(tài)）E0=0，要求當T0K時，>N0>0，則有<0。任意激發(fā)態(tài)a：則有上式表明，0K時玻色氣體全部粒子都集中在動量空間形成了一個“凝聚體”，稱為玻色—愛因斯坦凝聚（BEC）。到基態(tài)上，設(shè)最低能級（基態(tài)）E0=0，要求當T0K時，>53T>TCT=TCT<TCv=0原子速度分布逐漸達到BEC的三維示意圖

1995年實現(xiàn)了超冷原子的BEC，的原子處于同一量子態(tài)（2001，Nob）。了原子的相干，可做成原子干涉儀和量子頻標等。達到了宏觀數(shù)量BEC實現(xiàn)T>TCT=TCT<TCv=0原子速度分布逐543.過渡到經(jīng)典統(tǒng)計當E很高時，所以高能態(tài)時，量子統(tǒng)計就過渡到了經(jīng)——麥克斯韋—玻耳茲曼統(tǒng)計典的麥克斯韋—玻耳茲曼統(tǒng)計。3.過渡到經(jīng)典統(tǒng)計當E很高時，所以高能態(tài)時，量55△§3.4各種原子核外電子的排布一.原子中電子的四個量子數(shù)描述原子中電子的運動狀態(tài)需要一組量子數(shù)▲主量子數(shù)n=1,2,3,…是決定能量的主要因素；▲角（軌道）量子數(shù)l=0,1,2…(n-1)

，

對能量有一定影響（l越小，能量越低）；——n，l，ml

，ms△§3.4各種原子核外電子的排布一.原子中電子的四個量56另有自旋量子數(shù)，自旋角動量不變，可不計入?！帕孔訑?shù)，引起磁場中的▲自旋磁量子數(shù)，產(chǎn)生能級精細結(jié)構(gòu)。能級分裂；另有自旋量子數(shù)，自旋角動量不變，可不計57二.電子的殼層分布泡利1925年提出：“一個原子內(nèi)不可能有四個量子數(shù)全同的電子”一支殼層內(nèi)電子可有(2l+1)×2種量子態(tài)，∴主量子數(shù)為n的殼層內(nèi)可容納的電子數(shù)為：同一個n組成一個殼層（K,L,M,N,O,P…），相同n,l組成一個支殼層（s,p,d,f,g,h…），此即泡利不相容原理（Pauliexclusionprinciple）二.電子的殼層分布泡利1925年提出：“一個原子內(nèi)不可581945年諾貝爾物理學獎獲得者

——泡利奧地利人WolfgangPauli1900—1958提出泡利不相容原理1945年諾貝爾物理學獎獲得者

59三.能量最小原理“電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)”nl1021032103d3p3s2p2s1sZeKLMn=1n=2n=3經(jīng)驗規(guī)律：(n+0.7l)大→E大

E3，2(3d

態(tài))>E4，0(4s態(tài))

例如：三.能量最小原理“電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)”nl102103260§3.5X

射線1895年11月8日，倫琴（

WilhelmC.R?ntgen）在暗室做陰極射線管氣體放電實驗時，發(fā)現(xiàn)在一定距離外的熒光屏會發(fā)射微光。經(jīng)反復實驗，確認這不是陰極射線所致。他發(fā)現(xiàn)此神秘射線是中性的，以直線前進、并得到了他夫人手指骨輪廓的照片。有穿透性，§3.5X射線1895年11月8日，倫琴（Wilh61維也納醫(yī)院在外科中首次使用了X

射線來拍片。1895年底，他發(fā)表了《論新的射線》的報告和夫人手指骨的照片，引起強烈反響。三個月后，德國人WilhelmC.R?ntgen18451923發(fā)現(xiàn)X射線（1895）1901年諾貝爾物理學獎獲得者

——倫琴維也納醫(yī)院在外科中首次使用了X射線來拍片。1895年底，他62一.原子光譜的構(gòu)成和X

射線發(fā)射譜光學線狀譜：價電子躍遷紅外紫外

X

射線譜連續(xù)譜：線狀譜：韌致輻射10-2?102?

內(nèi)層電子躍遷：10-1?102?E：10-1eV101eVE：103eV104eV原子光譜它與接下兩年宣布的放射性（1896）X射線的發(fā)現(xiàn)，開始了物理學的新時期；和電子的發(fā)現(xiàn)（1897）一起，揭開了近代物理的序幕。106?103?

：一.原子光譜的構(gòu)成和X射線發(fā)射譜光學線狀譜：價電子躍遷63

X射線發(fā)射譜：相對強度波長（?）不同的外加電壓相對強度波長（?）固定的外加電壓X射線發(fā)射譜：相對強度波長（?）不同的外加電壓相對強度波64二.X射線的連續(xù)譜連續(xù)譜起源于軔致輻射（bremsstrahlung）輻射強度電子受阻輻射電子打重物質(zhì)（Z大）輻射強電子感應加速器：電子打W靶產(chǎn)生硬

X

射線-eZe●高速電子m原子核二.X射線的連續(xù)譜連續(xù)譜起源于軔致輻射（bremsstra65—與靶元素無關(guān)實驗表明軔致輻射連續(xù)譜有下限波長：理論分析：——也可用來測h的存在是量子論正確性的又一例證。電子的動能全部轉(zhuǎn)化為輻射能時，有

1915年，Duane和Hunt用這種方法測出的h值和光電效應的一致，說明了h的普適性?！c靶元素無關(guān)實驗表明軔致輻射連續(xù)譜有下限波長：理論分析：66三.X射線的線狀光譜（特征譜，標識譜）

這說明，線狀譜起源于電子的內(nèi)層躍遷，它的位置由元素決定，與電壓U無關(guān)。1.1906年巴克拉（L.G.Barkla）

發(fā)現(xiàn)：

任何元素發(fā)出的射線都包含若干線系，按貫穿本領(lǐng)依次稱

K、L、M…。

K線系中有K，K，K，…

L線系中有L，L，L

，…等。

不同元素的X射線譜無周期性變化

巴克拉由于發(fā)現(xiàn)和研究X

射線的線狀譜，獲得了1917年諾貝爾物理獎。三.X射線的線狀光譜（特征譜，標識譜）這說明，線67ZeKLMNOL系K系重金屬K系K，L層電子離核近受核影響大。不同元素K，L系光譜不同——

特征譜ZeKLMNOL系K系重金屬K系K，L層電子離核近受核影響大681913年，Moseley測量了Al，Ca，Sc，Ti 同年玻爾理論發(fā)表，Moseley發(fā)現(xiàn)他的定律可由2.莫塞萊（Moseley）定律等38種元素的X射線譜，發(fā)現(xiàn)：玻爾理論得出：1913年，Moseley測量了Al，Ca，Sc，Ti 69n=2的電子感受的電荷應為(Z

1)e。實驗和理論兩者公式這是因為n=1的殼層還有

稱莫塞萊定律這表明K線是較重元素n=2到n=1躍遷產(chǎn)生的。Z—該元素的原子序數(shù)。

—某元素發(fā)出的K

線的頻率，式中差別在于Z2和(Z1)2，一個電子，n=1n=2被電子打出的空穴ZeKn=2的電子感受的電荷應為(Z1)e。實驗和理論兩70歷史上就是用莫塞萊公式來測定元素Z的,表上被顛倒了的位置。指出了Z

=43,61,75（锝，钷，錸）這三個元素在周期表中的位置。

K系只與元素本身有關(guān)，與化學結(jié)構(gòu)無關(guān)，這更說明了X

射線線狀譜的標識作用。并糾正了Ni28Co27與在周期歷史上就是用莫塞萊公式來測定元素Z的,表上被顛倒了的位置。71四.X

射線的應用透視、衍射、CT、X

射線熒光分析……▲

X

射線連續(xù)譜的應用—透視（醫(yī)學上、工業(yè)上）

左圖為心臟起搏器的X光照片（假彩色）起搏器心臟電線四.X射線的應用透視、衍射、CT、X射線熒光分析……72同方威視集裝箱檢測系統(tǒng)用高能X射線對某些集裝箱進行透視：上集裝箱申報為毛毯，檢測表明實為小汽車。同方威視集裝箱檢測系統(tǒng)用高能X射線對某些集裝箱進行透73申報為柚木藏有象牙申報為柚木藏有象牙74▲X

射線特征譜的應用—粒子激發(fā)X射線熒光分析（PIXE）（ParticleInducedX—rayEmission）原理：p、、轟擊樣品產(chǎn)生特征X射線特點：以質(zhì)子激發(fā)為例

(1)靈敏度高，1—0.1g/g

，樣品10g

(2)進行微區(qū)分析mm

m

(3)無損，多元素同時分析，是表面分析由能量定成分（Z），由譜線強度定含量。能量▲