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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
-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
-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
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-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
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
-WEEK2--本周作业
-导体周围电场
-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
-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
-极化规律、电位移矢量
--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
-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
-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
-WEEK4--电流微观图像和暂态过程
-本周作业
--week4--本周作业
-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
--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
-WEEK5--静磁场环路定理
-安培力和霍尔效应
--霍尔效应
--安培力
-WEEK5--安培力和霍尔效应
-WEEK5--本周作业
-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩
-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
-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
-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
-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
--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
-暂态过程和磁场能量
--磁场的能量
-磁场和电场的相对性
-位移电流和麦克斯韦方程组
--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
-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
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--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
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--惠更斯原理
--单缝夫琅禾费衍射
-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射
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--光栅衍射
--光栅衍射(续)
-WEEK10--光栅衍射
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-WEEK10--光学仪器分辨本领
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--X射线的衍射
-WEEK10--X射线晶体衍射
-WEEK10--本周作业
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--光的偏振状态
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-WEEK11--反射和折射光偏振
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--双折射(续)
--波片
-WEEK11--晶体双折射、波片
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--偏振光的干涉
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-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射
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--Video
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