当前课程知识点:大学物理2 (电磁学、光学和量子物理) >  WEEK14 >  X射线、激光、分子光谱简介 >  video

返回《大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)》慕课在线视频课程列表

video在线视频

video

下一节:Video

返回《大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)》慕课在线视频列表

video课程教案、知识点、字幕

同学们好

这一节开始呢

我们给大家来介绍一下

X射线的相关知识

那么1895年的时候伦琴

在做阴极射线管的这个

实验的时候

所谓阴极射线管就是电子竖

在做实验的时候他就发现

在距离这个阴极射线管

以外的一个地方

如果放荧光屏的话呢

它会微微的发光

他进行反复实验

他发现这个不是阴极射线

因为阴极射线是电子束它是带电的

这个东西它是中性的 不带电

那么他就给这个名字

起作叫做X射线

因为他不知道

而这个射线有很强的穿透性

这张照片是伦琴他夫人的指骨照片

可以看到这儿有一个

他夫人戴的这个戒指的这个

图案在上边

1895年底的时候

伦琴就把这个发现发表了

引起了强烈反响

因为这个东西显然对医学是有

非常重要的作用的

在三个月之后

维也纳医院就开始在外科中

首次使用了

X射线来拍摄骨骼的照片

那么因此伦琴也获得了

第一届的诺贝尔物理学奖

X射线的发现是

开启了一个新的物理时代

它和接下来这两个重大发现

一个是放射性

一个是电子的发现

一起揭开了近代物理的序幕

那么我们知道

不管是X射线

还是紫外线 还是可见光

它都是电磁波的一部分

也就是光谱的一部分

那么因此

X射线也是原子光谱中的

重要组成部分

那么原子光谱我们以前已经

见过一部分了

它包括光学的线性谱

有具有周期性的

还有什么呢

还有X射线谱

X射线谱是没有周期性的

那么光学的线状谱

是由于价电子的跃迁产生的

那么一般它的能量的量级

是零点几个电子伏特到

十个电子伏特量级

光呢 对应的是红外到

紫外这个范围

比如说氢原子的光谱就是

这样一个范围里边

波长大概是这么一个范围

X射线谱它不一样

它分两部分 一种是连续谱

这个跟光的这个谱线不一样

还有一种是线状谱

那么连续谱是怎么产生呢

它是由于韧致辐射产生的

当有电子或者质子这种电荷

撞到原子上边的时候

由于电子或者质子

这样的电荷被减速

它辐射出电磁波

这种电磁波就是连续的

它是韧致辐射

那么它的范围呢

是这么一个范围

从0.01埃到100埃这么一个量级

还有一种就是线状谱

它是和这个很像的 也是分立的

它是由于

原子的内层电子辐射产生的

因为内层电子能量比较大

尤其是比较重的元素

因此会获得X射线这样的谱线

那么它的能量一般在

10的三次方到10的四次方

这样的一个能量

波长也是从10的负1次方

也就是0.1埃到

100埃这么一个范畴

好了 那我们来看

这个X射线发射谱是什么样的

这个是电子打到钨靶上边

产生的韧致辐射

我们看到的都是连续谱

并且电子能量越大

这个谱呢它就越强

而且你可以看到不同能量的

它对应的最小的波长

是不一样的

能量越大

最小的波长就越小

这个是能量完全相同的电子

打在钼靶和钨靶上边

那么打钨靶上边的

还是这样的一个连续谱

但是打在钼靶上边呢

你就可以看到

这有两个线状谱

同时我们看到呢

电子能量一样

所以这两个尽管是

换了不同的元素

它的这个截止的最短的波长

是完全一样的

那么对于X射线中的连续谱

它具有这样的特征

原因是什么呢

它是起源于韧致辐射

我们以前讲过了

韧致辐射是指高速运动的电子

当然也可能是质子

或者是其他的带电粒子

打到原子上边

由于减速的过程中受力

那么产生的辐射

这个辐射呢我们以前讲过

它是跟加速度成比例的

这个电场是和加速度是成比例的

因此呢

我们又知道加速度和什么有关呢

和它受到的库仑力

和它的质量都有关系

受到库仑力

又和这个撞的重元素的这个

序数有关

这个序数越大它带电荷越多

库仑力也越大

因此撞的这个元素越重

它产生的轫致辐射就越强

还有一个就是质量

那么电子碰撞过来

跟质子碰撞过来它是不一样的

电子质量小

它这个效果要更明显一些

那么辐射强度

它是跟加速度平方成比例的

换句话说这个最后的强度

是跟序数Z的平方成比例

和质量平方成反比

电子打在重物质上

它的轫致辐射

效果要更加明显

当然这个电子打在钨靶上

会产生很硬的X射线

同时我们也注意到了

那个最小的波长 也就是截止波长

它跟能量的关系

而电子能量是从

电子的加速度电压成正比的

因此实验表明

这个波长它跟这电压也有关系

什么关系呢

是成反比的一个关系

这个和对应的把元素没有关系

刚才我们看到同样的这个

能量的电子

打到不同的元素上边那个

截止的波长是完全一样的

下面我们来看具体什么关系

我们知道

电子被电压加速

它会有能量 等于电荷乘以电压

那好了

那么如果这个能量

能够全部都交给

辐射出来的光子

也就是获得了什么呢

光子获得了一个最大的能量

这个就是它的最大的频率

等于多少呢

根据光子能量等于h乘以它的频率

这么一个关系

而频率呢

又等于光速除以波长

这样我把这个式子简单整理一下

就看到了 这个截止的波长

确实从理论上来说

是和电压成反比的

和这个实验的规律是对得上的

同时呢

前边这个常数

我也可以通过实验观测出来

这个有什么意义呢

可以通过这个常数

来获得普朗克常数

那么一九一五年的时候

这两个人

他就利用这样的办法

来获得普朗克常数

结果发现这个普朗克常数

跟光电效应得到的结果是

完全一致的

这说明什么呢

普朗克常数它具有普适性

不管是在什么样一个现象里边

只要涉及到量子现象

它对应的普朗克常数都是一样的

确实是一个常数

那么这个最小的截止波长

也是证明

量子论正确的一个非常重要的例证

下边我们再来看

X射线的分立谱

也就是线状谱

1906年的时候巴克拉

他发现什么呢

他发现任何元素发出的这个

线状的谱 也就是X射线谱

它具有什么特征呢

它可以分成K L M这些系

K系里边又分子类Kα Kβ Kγ

X也同样 类似这样去分

他发现不同元素的X射线谱

它是没有周期性的

这说明什么呢

说明线状谱一定是起源于

原子的内层电子

因为外层电子是价电子

价电子是具有一个元素周期性

而内层电子是没有这样的周期性

巴克拉由于这个发现

和对X射线的相关研究

获得了1917年的

诺贝尔物理学奖

那么所谓的K系

L系都是什么东西呢

所谓的K系就是指

原子的最内一层的电子被激发

那么在外层向里面退激的时候

放出的光子 也就是X射线

就是K系的X射线

比如说第二层退激到第一层

那么就是Kα

第三层回到第一层

那么就是Kβ依此类推

L系是什么呢

是原子的最里边的第二层这层

电子被激发之后

留下一个空穴

当上边激发态的电子退激的时候

辐射出来的光子

那么就是L系 依此类推

那么对于重金属的K系来说

这个能量是很大的

可以到10的三次方到10的四次方

这个电子伏特

K L层由于它离原子核最近

所以受核的影响是最厉害的

不同元素K L的光谱是不同的

因此它可以作为

元素的一个特征谱来鉴别元素

那么莫塞莱呢就给了一个

重要的定律

叫做莫塞莱定律

1913的时候莫塞莱测量了

三十几种元素

他发现这个元素的X射线谱

它的Kα谱呢

频率满足这么一个关系

这里的b是一个常数 约等于1

这个就是著名的莫塞莱定律

那么同年玻尔理论发表之后

莫塞莱就发现

他这个定律是可以

用玻尔理论来解释的

它是什么呢

Kα是由于n=2

到n=1的这个跃迁产生的x射线

那么把它往里边一代的时候呢

按照玻尔的这个能级公式

代进去之后我就可以得到

这样一个规律

那么这个规律我们发现

它是和Z方成正比的

前边这个常数

约等于这么一个常数

这个常数跟

莫塞莱定律常数符合的很好

唯一的差别就是这是Z方

这是Z-1的平方

这个差别的道理在哪呢

原因是什么呢

是由于最内一层电子

并不是两个电子全都被激发出去了

而是激发了一个 还剩下一个

那么对于第二层电子来说

他感受到的原子核

就不再是有Z个正电荷

而是Z-1个正电荷

因为里边还有一个电子

那么这个时候我们应该把

刚才那个Z换成Z-1

这样就和莫塞莱定律完全对得上

那么莫塞莱定律

它的最重要的作用是什么呢

它是标记元素

因为不同元素的Kα线

完全由它的序数来决定的

它的序数我们可以通过测量

这个Kα的频率来确定它

历史上就是通过莫塞莱公式

来确定了43 61 75

三个元素的

在元素周期表的位置

同时也纠正了钴和镍这两个元素

在过去颠倒的这个位置

这都是通过莫塞莱定律来

做出来的

好 那这一节我们就讲到这儿

再见

大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)课程列表:

WEEK1

-电荷和库仑定律

--引言

--电荷

--库仑定律

-WEEK1--电荷和库仑定律

-电场及叠加原理,电偶极子

--电场和电场强度

--点电荷电场及叠加原理

--点电荷电场及叠加原理(续1)

--点电荷电场及叠加原理(续2)

--点电荷电场及叠加原理(续3)

-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子

-高斯定律

--电通量

--立体角*

--高斯定律的证明*

--高斯定律和电场线

--高斯定律的应用

--高斯定律的应用(续)

-WEEK1--高斯定律

-WEEK1--本周作业

-week1课件

WEEK2

-静电场环路定理、电势和叠加原理

--环路定理

--电势和叠加原理

--电势和叠加原理(续)

--电势梯度

--等势面

-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理

-静电能

--电荷系静电能

--电荷系静电能(续1)

--电荷系静电能(续2)

-WEEK2--静电能

-导体静电平衡

--物质中电场

--导体静电平衡

--导体静电平衡条件(续1)

--导体静电平衡条件(续2)

-WEEK2--导体静电平衡

-WEEK2--本周作业

-week2课件

WEEK3

-导体周围电场

--有导体时静电场的计算

--有导体时静电场的计算(续)

-WEEK3--导体周围电场

-静电屏蔽

--导体壳与静电屏蔽

-WEEK3--静电屏蔽

-电容及电容器

--电容及电容器

--电容及电容器(续)

-WEEK3--电容及电容器

-电介质

--介质对电场的影响

-WEEK3--电介质

-极化强度矢量,极化电荷

--极化强度

--极化电荷

-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷

-WEEK3--本周作业

-week3课件

WEEK4

-极化规律、电位移矢量

--电介质的极化规律

--电介质的极化规律(续)

--电位移矢量及其应用

--电位移矢量及其应用(续)

-WEEK4--极化规律、电位移矢量

-有介质时静电场能量

--有介质时静电场能量

-WEEK4--有介质时静电场能量

-电流密度、稳恒电流和稳恒电场

--电流密度

--稳恒电流和稳恒电场

-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场

-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

--电动势

--欧姆定律

--欧姆定律(续)

-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

-电流微观图像和暂态过程

--电流微观图像

--电容器的充放电(暂态过程)*

-WEEK4--电流微观图像和暂态过程

-本周作业

--week4--本周作业

-week4课件

WEEK5

-洛仑兹力、磁感应强度

--电流磁效应

--磁场和磁感应强度

-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度

-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

--毕-萨-拉定律

--毕-萨-拉定律(续)

--磁场高斯定律

-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

-静磁场环路定理

--安培环路定理及其应用

--安培环路定理及其应用(续1)

--安培环路定理及其应用(续2)

-WEEK5--静磁场环路定理

-安培力和霍尔效应

--带电粒子在磁场中的运动

--霍尔效应

--安培力

-WEEK5--安培力和霍尔效应

-WEEK5--本周作业

-week5课件

WEEK6

-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩

-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

-磁介质对磁场的影响和原子磁矩

--磁场中的磁介质

--原子的磁矩

-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩

-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

--磁介质的磁化

--磁化电流

--有磁介质时磁化的规律

-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

-WEEK6--本周作业

-week6课件

WEEK7

-铁磁介质和简单磁路

--磁场的界面关系

--铁磁性材料

-WEEK7--铁磁介质和简单磁路

-法拉第电磁感应定律

--法拉第电磁感应定律

--电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

-WEEK7--法拉第电磁感应定律

-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

--动生电动势

--感生电动势和感生电场

--涡电流

-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

-自感和互感

--自感

--互感

-WEEK7--自感和互感

-WEEK7--本周作业

-week7课件

WEEK8

-暂态过程和磁场能量

--RL电路的暂态过程

--磁场的能量

-磁场和电场的相对性

--电场和磁场的相对性

-位移电流和麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组和电磁波

--麦克斯韦方程组

-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组

-电磁波、坡因廷矢量和光压

--电磁波

--坡印廷矢量

--电磁波的动量

--光压——辐射压强

-本周作业

--week8--本周作业

-week8课件

WEEK9

-波动光学—引言

--波动光学——引言

-WEEK9--波动光学—引言

-杨氏双缝干涉、相干光

--光的干涉

--双缝干涉

-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光

-光源及发光性质

--光源的发光特性

--时间相干性

--空间相干性

-WEEK9--光源及发光性质

-光程、等倾和等厚干涉

--光程

--薄膜干涉(一)

--薄膜干涉(二)

-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉

-迈克耳逊干涉仪

--迈克耳逊干涉仪

-WEEK9--本周作业

-week9课件

WEEK10

-衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

--惠更斯原理

--单缝夫琅禾费衍射

--单缝夫琅禾费衍射(续)

-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

-光栅衍射

--光栅衍射

--光栅衍射(续)

-WEEK10--光栅衍射

-光学仪器分辨本领

--光学仪器的分辨本领

--光学仪器的分辨本领(续)

-WEEK10--光学仪器分辨本领

-X射线晶体衍射

--X射线的衍射

-WEEK10--X射线晶体衍射

-WEEK10--本周作业

-week10课件

WEEK11

-光的偏振状态和偏振片

--光的偏振状态

--光的偏振状态(续)

--起偏和检偏

-WEEK11--光的偏振状态和偏振片

-反射和折射光偏振

--反射和折射及散射光的偏振

-WEEK11--反射和折射光偏振

-晶体双折射、波片

--双折射

--双折射(续)

--波片

-WEEK11--晶体双折射、波片

-偏振光干涉、人工双折射和旋光

--偏振光的干涉

--人工双折射

--旋光现象

-WEEK11--偏振光干涉、人工双折射和旋光

-量子物理诞生和黑体辐射

--量子物理

--黑体辐射

-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射

-WEEK11--本周作业

-week11课件

WEEK12

-光电效应、光子和康普顿效应

--光电效应

--光子

--光子(续)

--光子(续2)

--康普顿效应

-WEEK12--光电效应、光子和康普顿效应

-物质波、波函数和概率密度

--物质波

--波函数

--波函数(续)

-WEEK12--物质波、波函数和概率密度

-不确定性关系

--不确定关系

-WEEK12--不确定性关系

-薛定谔方程

--薛定谔方程

-WEEK12--薛定谔方程

-一维无限深势阱

--一维无限深势阱

-WEEK12--一维无限深势阱

-WEEK12--本周作业

-week12课件

WEEK13

-一维问题

--一维谐振子

--势垒穿透

--扫描隧道显微镜

-WEEK13--一维问题

-氢原子能级和角动量

--原子中的电子

--玻尔理论发展的基础

--氢原子的量子力学处理

--能量量子化

-WEEK13--氢原子能级和角动量

-电子自旋、费米子和泡利不相容原理

--电子自旋与自旋轨道耦合

--碱金属原子光谱的双线

--微观粒子的不可分辨性

--各种原子核外电子排布

-WEEK13--电子自旋、费米子和泡利不相容原理

-WEEK13--本周作业

-week13

WEEK14

-X射线、激光、分子光谱简介

--video

--Video

--分子光谱简介

--激光

--光学谐振腔

-WEEK14--X射线、激光、分子光谱简介

-固体电子气模型和量子统计

--固体

--自由电子气体模型

--量子统计

-WEEK14--固体电子气模型和量子统计

-能带模型

--能带

-能带模型--作业

-本周作业

--WEEK14--本周作业

-week14

WEEK15

-半导体和PN结

--Video

--Video

-WEEK15--半导体和PN结

-原子核性质、核磁共振

--Video

--Video

--Video

-WEEK15--原子核性质、核磁共振

-放射性和衰变规律

--Video

--α衰变

--穆斯堡尔效应

--β衰变

-WEEK15--放射性和衰变规律

-结合能、核力

--核的结合能

--核力

-WEEK15--结合能、核力

-粒子物理简介

--基本粒子

-WEEK15--粒子物理简介

-本周作业

--WEEK15--本周作业

-week15课件

期末考试

-期末考试--期末考试题Part1

-期末考试--期末考试Part2

-期末考试--期末考试Part3

video笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。