18世纪末19世纪初，化学家发现： 定比定律、等比定律（化学反应物与生成物的质量关系） 1807年J.Dalton原子学说；1811年A.Avodadro假说 Dalton原子-分子学说：原子是化学反应中不可分割的微粒
原子是不能化学分解的最单纯的物质，是物质的最小单元 化学反应只改变原子的结合方式，不能使原子互相嬗变
近的照相底板被曝光，但是，不重视，更没深入研究
必然：伦琴扎住了历史赋予的机遇 ☆一贯十分热爱和关注实验
☆敏锐的观察和判断能力
☆锲而不舍的工作作风 机遇总是垂青那些有准备的人
X射线的发现：相关的Nobel奖超过16项
1901年，伦琴因发现X射线(1895)
1914年，Laue因X射线在晶体上的衍射(1912) 1915年，H.&L.Bragg父子XRD晶体结构分析（1912） 1927年，Compton因Compton效应(1923),证明光子假说 1962年生理学奖，Wason,Crick在威尔金斯DNA分子的 XRD实验基础上，提出DNA双螺旋结构（1953） 1946年生理学奖，马勒用X射线诱发果蝇基因突变 ……
发端于：19—20世纪之交的3大发现
让我们将思绪先调整到春秋战国/古希腊时期，人类第 一个思想辉煌的时代
人类认识物质结构的历史：古代
西方：
◊Atom: 物质的最小单元，“不可分割的”
古希腊： 最早由BC5世纪希腊思想家留基伯提出，其学生 Democritus德谟克利特发展 近代：Galileo伽利略—Descartes 笛卡尔 —Boyle 玻 意尔—Newton牛顿—Dalton道尔顿—
原子核：质子p+中子n
电子的发现：Thomson的实验(1897-1899)
阴极射线的本质：波？粒子流？ 德国：以太波； 英国：带负电的粒子流
实验一：证明阴极射线是带负电的粒子流
实验二：测出荷质比 e/m，比氢离子大1000多倍，只能
是一种新的粒子——电子
实验三：用云室测量电子电量e，从而质量me (~mH/1837) 汤姆逊: 一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人
J.Dalton
J.Dalton生于英格兰一个偏远的 小山村，只上过几年小学和中 学，为了生计四处漂泊 天生色盲——道尔顿症（1995 年色盲之谜才解决） 提出新的原子学说
《化学哲学新体系》
人类认识物质结构的历史：19世纪
•1833-34年，M.Faraday法拉第提出电解定律：
X射线在单晶上的衍射 H.&L.Bragg父子 1915Nobel-P
X射线在多晶上的衍射 Laue 1914 Nobel-P
1903N放射性的发现：Becquerel的意外发现 P
Becquerel(1896)：发现铀盐暴晒后发荧光，且能像X射线 一样让照相底板感光；但是，阴天也能使底片感光 新射线：穿透性强，且是铀盐本身发光，显然不是X射线 偶然与必然：B家族几代人研究荧光现象和铀盐 Becquerel的局限：以为放射性只是铀盐才有的性质 居里夫妇(1897)：扩大寻找范围，找到测量发射性的方法
关于原子内部粒子运动规律的认识：量子理论的建立
1900年, M.Planck: 能量量子假说
1905年, A.Einstein: 光(量)子photon假说 1913年，N.Bohr: 氢原子的量子理论
1918Nobel—P
1921Nobel—P 1922Nobel—P
1924年，de Broglie: 物质波假说
轰动与质疑：把镭拿来看看！
Nobel-C：M.Curie继续研究，分离出纯的金属镭！
查德威克 女儿依琳、女婿Joliot-Curie ： 1935Nobel-P ☆发现人工放射性(1934)：1935Nobel-C
J-Curie与钱三强
☆错失中子的发现(1932)：机遇只钟情有准备的头脑！
2. 中国古代没有原子论的萌芽
1.关洪，原子论的历史与现状，北京大学出版社，2006，第一章 2.何祚庥，三大论战——现代物理学研究中的哲学问题，北京师大出版社，
2000
人类认识物质结构的历史：19世纪的化学
18世纪，化学大师voisier（拉瓦锡）发现氧O,
否定燃素说，确定化学元素概念，古代炼金术 → 近代化学
◊物质无限可分：物质是连续的
古希腊：Aristotle亚里斯多德 现代: 分子—原子—基本粒子—夸克—？
人类认识物质结构的历史：古代
中国—战国时期
◊端·小一· 莫破: 物质的最小单元（梁启超的解读） 墨子：端，体之无序最前者也 惠施：其小无内，谓之小一 《中庸》、朱熹、严复：莫破，莫能破 ◊物质无限可分：物质是连续可分的 公孙龙：一尺之棰，日取其半，万世不竭
讨论：物质是无限可分的吗？
Atom(希腊字): indivsible, not+cut, 不可分割的
杨福家：“公孙龙两千多年前的臆想，正在不断得到现代科学的支持” 何祚庥：物质无限可分 = 辩证法，
夸克（即：层子），毛粒子（毛的辩证法）
关洪：1. “物质无限可分”既不合于辩证法，
亦没有得到任何物理学规律的支持；
化学亲和力的本质为电力，原子里有电荷
•1881年，H.Helmholtz霍姆赫兹：原子所带电荷是分立的 •1860-61年，G.Kirchhoff基尔霍夫等用光谱学方法帮助化学家
发现多种元素： Cs、Rb Tl、In、Ga等
•1869年，D.Mendeleev门捷列夫发现：元素周期律 说明：不同元素的原子结构具有共同的模式
放射性的发现：a、b、g射线
放射线的本质是什么？
E.Rutherford (J.J.Thomson的学生)：
1908年：发现并命名a射线 (He 核)、b 射线 (电子流)
1908年NobelC
g 射线：1900年证实其强穿透性，1902年Rutherford命名
放射性的本质：
原子核的衰变，三种射线都来自原子核
我们谁都谈不上真正理解，我们只是知道怎么去运用它”。 于是我们就运用上了，于是有了计算机、洗衣机、手机、核 武器，量子创造了现代世界！
课程的考核
成绩：平时30%（考勤+作业等）+考试70%
作业：5次作业，缺2次作业无考试资格
无特殊原因迟交作业降一等 期末考试当天下午4点前交作业有效 小测验（考虑中）：见习前，随堂测验 小论文（欢迎）：讲课中随时给出建议课题或自己找题， 必须有自己的想法！可以代替作业占平时成绩 考试：有思考题、简答题、计算题等
A
P1
S
e Eh 2 m LlB
O
P2
阴极射线实验装置示意图
P
阴极射线管
1897年, e/me = 7.61010c/kg, 而 e/mH = 9.6 107c/kg
电子的发现：启示
要敢于突破传统：其他人拘 Nhomakorabea于“原子不可分”的观念，
J.J.Thomson突破传统，承认是一种质量非常小的新粒子
原子物理学
Atomic Physics
广州大学物理与电子工程学院
皮飞鹏
___________________________ E-mail: pifeipeng@；QQ:1269142263
答疑地点：行政西楼前座401，周1上午1大节、周4下午 短号：683399
绪论
本课程的定位 原子物理发展简史
原子物理发展简史： 量子理论的建立
到1930年代，经过 Planck, Einstern, Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schodinger, Dirac, Born, Feynmann等人 的努力，量子力学的完整理论基本建立起来
量子力学
相 对 论
近代物理学
与原子物理、量子力学相关的部分 诺贝尔奖获得者
沥青铀矿中分离出新的放射性元素(1898)：
钍Th；钋Po；镭Ra（放射性是U的百万倍）
Becquerel(法国) (1852-1908) 1903Nobel-P
M.&P. Curie 1903Nobel--P
放射性的发现：Curie家族坚持不懈的努力
1903年NobelP P.&M.Curie 4年劳作：亲手从几吨矿渣中提炼0.1g纯的 氧化镭
学习建议
参考书目 课程要求
关于本课程的定位
可以确定的：普通物理学的第5门！量子力学的基础！
不那么确定的：叫什么名字！讲什么内容！
★原子物理学：介绍原子/量子物理的发展历程，量子力学基本原理及 应用于原子、分子的结果（重点），亚原子物理。归纳法！(常见) ★量子物理：从量子力学基本原理出发，研究原子、分子的结构和规律， 介绍亚原子物理。演绎法！(费曼的体系；赵凯华的体系) ★近代物理学：原子/量子物理，有时包括相对论
19世纪末：物质由原子组成！
物理学家总更喜欢没完 没了地问这类问题！
那么，原子还有没有结构？ 原子里面有什么？怎么结合成原子？ 三大发现，揭开了物理学革命的序幕 X射线：1895，W.Rontgen 放射性：1896，H.Becquerel 电子：1897，J.J.Thomson
学习建议
原子物理学研究微观规律，概念和理论常常与常识相矛 盾，其正确性由实验验证
我们的课程：开始是按历史发展的过程，介绍物理学家 “实验—理论—实验”，逐步修正错误走向真理的过程， 然后用量子力学的结论研究原子的性质 新眼光、新思维，勤思考、多理解 盖尔曼：量子力学是一门“十米的、令人捉摸不透的学科，
X射线的发现：历史
1895.11.8, (德)W.C.Rǒntgen在研究阴极射线时意外发现一种 新的穿透性很强的射线——X射线 阴极射线穿透性差，能被磁场偏转，而新射线不被磁场偏 转，穿透性强，所以不是阴极射线（电子） 1895.12.28，第一张X射线照片(伦琴夫人的手)，轰动世界