第八章原子物理学X射线教案..docVIP

《原子物理学》课程章节教案 章节 第七章 原子的壳层结构 学时 4学时 班级 13物理本科班 时间 第16周 教学目标与 要求 1、理解元素的周期性变化来源于原子中电子的周期性壳层排列； 2、了解原子的基态电子组态，掌握计算原子的基态的方法。 教学重点与 难点 重点：1、玻尔对元素周期表的解释、电子填充壳层的原则、莫色勒定律。 难点：1、原子基态电子填充壳层的顺序、莫色勒定律。 课堂教学方法 讲授法为主，小组讨论法为辅 作业与思考题 无 注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页； 2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。 第八章 X射线 1895年由伦琴（德）发现,后来被证实是核外电子产生的短波电磁辐射. X射线的波长约为[或表示为],比短的贯穿能力强,称硬X射线；比长的称软X射线. §6-1　X射线的产生极其波长和强度的测量 X射线的发现 1895.11.8伦琴在暗室中做阴极射线管气体放电实验时,为避免紫外线与可见光的影响,特用黑纸将射线管包住,但偶然发现与之相距一段距离的荧光屏上会发微光.伦琴认定这是一种来自射线管但不是阴极射线的神秘射线.伦琴对此现象的研究发现这一神秘射线的穿透性及以直进性,不被磁场偏斜等性质,因对其本质的不确定性,故称其为X射线. X射线特征谱的波长代表原子能级的间隔,谱线的精细结构显示能级的精细结构,所以通过对X射线的研究,可以进一步探索原子的内部结构. X射线产生的机制 1）X射线管:X射线管结构多样,其原理如右图示.阳极（靶）所用金属由X射线的用途决定（熔点较高的金属）.两极间高压一般为几万至几十万伏,调节此加速电压可改变管内电子流的能量.从阴极发出的电子流在电场作用下被加速,撞击到阳极上,就从阳极发出X射线. 3.X射线的衍射（提供X射线波长测量方法） 晶体中相邻原子距离数量级为,所以晶体是X射线发生衍射的天然光栅.据劳厄的设想,X射线若为电磁波,当它投射到晶体上时,晶体点阵中的每个粒子（或原子）受X射线的作用将成为子波源,而发出同频率的子波,这些子波因相干叠加而产生衍射.在这一设想的指引下,弗里特里克和奈平成功地进行了晶体的透射式X射线衍射实验,证实了X射线是电磁波,其波长与晶格常数有同一数量级,为.其衍射图样称劳厄斑. 此后,布喇格父子（英,即W.H.布喇格和W.L.布喇格）进一步研究并对劳厄斑做出简明解释.他们认为,晶格点阵中的粒子可组成许多平行平面（晶面）,衍射包括同一晶面内各原子发出的子波之间的相干叠加,也包括各晶面之间的子波的相干叠加. 同一晶面内的子波叠加 如图中（a）所示,设晶面上两原子间距为d,两条衍射线的光程差为:.它们相干叠加的极大值条件是: 可证明,一个晶面的高级次的极大,正好相当于另一晶面的零级极大,因而,为简化问题,对每一晶面只取零级极大,得 2）相邻晶面间的子波的叠加 如图中（b）所示,设晶面间距为d,两条衍射之间的光程差为:.它们相干叠加的极大值条件为: 综合起来,即得到布喇格晶体衍射公式: 在晶面方向满足上式条件时衍射极大,此时的衍射可看成是由相同的掠射角的入射衍射线产生的. 利用布喇格衍射公式可测量X射线的波长.反过来,若X射线的波长已知,也可测出未知晶体的晶格常数,从而可进一步求得阿伏伽德罗常数. 3）对劳厄斑的解释 在劳厄的建议下,1912年有人利用X光管产生的X射线对单晶做了衍射实验,得到衍射图样即“劳厄斑”（首次显示了晶体结构的美丽图案）. 布喇格公式对劳厄斑的成因作了正确的解释.晶体有很多晶面,不同晶面间距不同.一定波长的平行入射线,对于不同晶面有不同的掠射角,满足布喇格晶体衍射公式的方向产生衍射极大同.若入射线中有几种波长的射线,则产生的衍射极大就有几个,所有这些衍射极大,在屏上给出各自的亮点,就形成了劳厄斑. 4.旋转式X射线的摄谱仪简介 如图示,从射线管R中产生的X射线经由铝制成的狭缝后成为X射线束,射到单晶体K上,K可绕竖直轴旋转,以竖直旋转轴为中心的圆弧上置照相底片. 如果X射线的波长为,则当掠射角正好满足布喇格公式时,在反射方向上得到该波长X射线的衍射极大,在底片上形成一条细黑条纹.因晶体可绕竖直轴转动,所以可得到与不同波长对应的条纹,即不同波长的X射线的谱线.由晶体晶格常数与谱线位置（与掠射角对应）,可算出各条谱线的波长.而底片的黑度则对应于该波长X射线的强度. 8.2x射线的发射谱 一、X射线产生的机制 1）X射线管:X射线管结构多样,其原理如右图示.阳极（靶）所用金属由X射线的用途决定（熔点较高的金属）.两极间高压一般为几万至几十万伏,调节此加速电压可改变管内电子流的能量.从阴极发出的电子流在电场作用下被加速,撞击到阳极上,就从阳极发出X射线. 2）X射