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下一节:分子光谱简介

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Video课程教案、知识点、字幕

同学们好

那么这一节呢

我们给大家来介绍一下

X射线的各种应用

X射线自从它被发现以来

应用就非常的广泛

比如说它可以进行透视

那么也有利用X射线衍射

来看晶体的结构

这我们在光学的时候见过了

还可以什么呢

还可以利用它来做荧光分析

来分析里边是什么材料构成的

这是也就是特定X射线谱

那么对于连续谱应用

主要是透视

比如说这是一个人体的透视

我们可以看到

这是人体的肺部

这个地方有一个

这个东西是什么呢

这是一个心脏的起搏器

而且可以清晰的看到这个

起搏器的电线

当然这个彩色是假彩色

那么这个是什么呢

这是咱们清华大学发明的

由清华大学工程物理系

发明的大型的这个

集装箱的检测系统

这个已经在全世界的很多海关

都开始应用了

那么这个系统啊

它可以看到集装箱里边

到底放了什么物品

比如说这个集装箱

申报的是毛毯

但是用这个检测系统一看

就发现它是小汽车

而这个呢申报的是柚木

但在这个地方可以看到

它有一条一条不一样的东西

实际上是象牙

就是象牙的走私

那么这个当年

象牙被查出来之后拍的照片

自从这个系统被发明之后

整个海关上走私的这个

查获的这个成功率

就大大的提升

这个系统呢

它分为两种

一种是一个固定的一个结构

在一个建筑物里边

让这个集装箱的汽车

从里边开过去

就可以看到里边是什么

还有一种呢

如果这个汽车不方便开

它有一个移动的这个装置

放在一个汽车上

这个移动装置

从这个集装箱旁边一过

就会看到里边是什么东西

这两种系统呢

都有非常重要的应用

那么我们更加关注的是

X射线特征谱的应用

也就是利用X射线荧光分析

来了解物质的成分

那么它的原理呢就是利用

质子α或者是γ射线

以前呢也可以用电子

都可以 对吧

它来打到这个

待测的样品上边

激发待测样品的特征X射线谱

通过特征X射线谱

我们就可以了解

它里边的成分是什么

这个实际上利用的就是

我们上一节讲的莫塞莱定律

那么由莫塞莱定律来确定

里边的物质的序数

我们就知道它是

由什么元素构成的

那么以质子激发为例

它有非常高的灵敏度 多高呢

每一颗这个物质里

只要含1到0.1微克

这样的成分我们可以把它测出来

那么样品呢也不需要很多

只需要10微克就可以

可以进行一个

微小的区域的分析

这个区域的尺度呢

可以从微米到毫米

这么一个小的区域里

我可以分析它成分

第三它的好处是无损

也就是不用破坏

样品的这个结构

比如说一些珍贵的

珍宝或者是文物

那么它是不能把它破坏掉的

我只要把这个

样品直接拿过来就可以测量

不需要把它破坏掉

那么质子荧光分析

它实际上就是利用质子打在样品上

把内层的电子呢打出来

形成一个空穴

那么在电子退激的时候

就通过射线谱来了解它的成分

它和电子去比好处有很多

首先因为我们前面讲过

韧致辐射是跟这个粒子的

质量平方成反比的这个强度

因此 质子由于它的质量

是电子的1000多倍 1836倍

因此

它的这个韧致辐射强度要小很多

这样就可以更加突出它的特征

射线谱

第二灵敏度要比电子要高

高100倍到10000倍

最后呢质子比电子

还有一个很大的好处

它可以直接在大气

或者是气体环境里边

直接使用

原因是什么呢

原因是电子

它呢由于质量很小

会受到气体的干扰

所以用电子做荧光分析的时候

必须在真空里来进行

而质子由于很大的质量

它受到气体的影响不太大

所以它可以直接在大气里边使用

这是它的好处

那么荧光分析这种技术

特别适合对于珍贵的大型的

和生物样品进行分析

因为它对样品是不会进行破坏的

最典型的一个应用是什么呢

是越王勾践剑的分析

也可以对人的头发进行分析

或者对大气污染进行分析

我们来看一下越王勾践剑

越王勾践剑是1965年

在湖北出土的一把宝剑

还同时出土了一把辅剑

它距今已经2500年的历史了

出土的时候还是光华四射

锋利无比

这把剑应该说是我们的国宝

那么我们希望

通过这把剑来了解在春秋时代

我们的冶炼技术是怎么样的

因此我们需要知道这把剑的

成分是什么

荧光分析就在里边起到了

非常好的作用

这个就是越王勾践剑

你可以看到它非常的亮

即使是在地里埋了2500年

也是光彩夺目的

这是越王不寿剑

是越王之孙的剑

这个剑要比这个差多了

那么这个呢是越王

曾孙的这个宝剑

质子的X射线荧光谱

它的装置是这样的

质子进行加速器之后把它打出来

这个质子数的直径

大概只有两毫米

把它打到样品上

然后呢通过观测

特征X线谱的这个频率

这个频率呢是怎么观测呢

是打到这样一个探测器里边

然后把电信号放大

最后通过多道分析器

来分析它的频率

那么我们分析的部分是

剑的黑色和黄色两个部分

它上面有黑色的花纹和黄色的花纹

这个呢是剑的黄色花纹部分的成分

我们可以看到

它里边的谱线是这样的

这里边有硒 有铜 有铅

主要成分是硒和铜

原因是古代它的青铜冶炼技术

主要成分是硒和铜

然后有一定的铅

同时我们看到铁的含量呢

是远低于硒和铜的

好处是什么呢

因为铁容易被腐蚀

那么如果铁的含量低呢

它就比较容易保存

不容易生锈

那么适当的铜 硒和铅的比例

可以让宝剑的

硬度非常高而且很锋利

这反映了我们在春秋时代的

青铜冶炼技术

已经达到非常高超的水平了

少量的氩实际上是

气体中的氩混入了宝剑的成分

这是勾践剑的装饰物

琉璃的成分

我们还可以看到这里边主要是什么呢

是钾和钙

那么钾钙

构成的这个琉璃 也就是玻璃

是我国发现的最早的钾钙玻璃

用质子激发的办法呢

我们可以分析宝剑的各个部分的成分

比如说秦始皇兵马俑里边出土的

弓箭的箭头

它的成分分析我们发现了什么呢

发现了这里边有铬

除了有箭头是青铜的之外

还看到了铬

那么表面

这个铬只在这个箭头的表面

在这箭头内部是没有铬的

这说明什么呀

说明我们在战国末期

秦代的时候就已经

知道铬化处理

而铬化处理是制造不锈钢的

非常重要的技术

这个技术在德国1937的时候

美国在1950年的时候

才申请专利

而我们在战国末期和秦代

就已经知道这门技术了

X射线荧光分析还可以用来分析

头发的成分

尤其是什么呢

是砷的含量

我们知道人一旦出现砷中毒

它有少量的砷会渗入到头发里边

那么如果这个人已经去世

几十年上百年 甚至上千年

他可能身体已经腐烂差不多了

但是头发呢还会有少量的剩下

我们可以通过

分析他头发里的砷的含量

来知道这个人是不是砷中毒

死亡的

那么利用这样的办法呢

我们只需要几十分钟的时间

就可以知道它里边是不是含有砷

而且这个办法只需要几根头发

基本上不会破坏样品

这对保护这个古人的尸体

是很有好处的

之后呢X射线谱

可以分析大气的成分

比如说上边这根曲线就是上海

当然这是过去很多年以前了

上海的某个地方它的成分

我们可以看到

这里边含有大量的铅

而下边的曲线是拉萨某处

同时的这个成分

这里边就没有铅

原因是什么呢

在那个时代我们中国还在用

含铅的汽油

所以城市里边

受到铅的污染很严重

这个铅的含量很高

现在要好很多

因为我们现在我们已经

开始使用无铅汽油了

好 那这节我们就讲到这儿

再见

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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

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--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

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-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

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