• 4、目前的著名实验
• 原子的概念并非是一种假设，目前人们不但能观 测到实实在在的原子，还能在某些特定条件下人 为地操纵和控制它们。下图就是用扫描隧道显微 镜的探针在铜的表面上逐个将48个铁原子摆成的 直径为142.6Å的圆环。
• 没有原子结构模型的研究，就不会有今天 的近代物理（量子力学）的高楼大厦。
• 原子物理与其它学科的关系：
• 基于原子核物理的核磁共振技术在已在物 理学、化学、材料科学、生命科学和医学 领域得到广泛的应用。（今年生物和医学 的诺贝尔奖）
• 核磁共振：原子核的磁矩在恒定磁场和高 频磁场同时作用且满足一定条件时所发生 的共振吸收现象。
• 一个磁矩和一个恒定磁场的相互作用能为：
三、广义相对论与天体
• 1、广义相对论 • 基于两个基本原理：等效原理和广义相对论原理。
其中等效原理是整个广义相对论的基础和出发点， 而等效原理的出发点是实验事实。 • 等效原理：物质惯性质量等于引力质量 • 广义相对论原理：物理定律在一切参考系中都具 有相同的形式，或者说物理规律的表述都相同， 即它们在任意坐标变换下都具有协变性。所谓协 变性，就是在坐标变换下公式或方程的形式不变。 这样对物理规律而言一切参考系都平等，彻底消 除了惯性系的特殊地位。
• （三）、醒目பைடு நூலகம்天体研究
（四）、混沌
• 1）牛顿的决定性和可预测性 • 2）随机性的不可预测性 • 在自然界中，决定和混乱（或随机）并存而且紧密
联系。 • 3）混沌，又名浑沌，其原意指事物生成前宇宙的
原始空虚状态。如今，混沌是指非线性确定性系统 的运动和演化具有内在随机性的一种表现。它的一 个重要特征是：对初值的极端敏感性。
• 随着对物质结构更深层次的研究的不断深 化，近十年来，人们又在做“油滴实验” 企图寻找分数电荷。（近代物理的很多实 验都是有着很强的生命力）
二、原子核和粒子
• 原子核是物质结构的一个层次。它介于原子与粒 子之间，是由质子与中子（统称核子）组成的非 相对论量子多体体系。
• 原子核在物质结构“链”上所处的地位如图：
• 1、原子的行星模型
• 原子中带正电部分集中在原子中心很小的体积中， 但它占有整个原子99.9%以上的质量，电子围绕 原子核做不停的转动
• 它的意义及困难
①最重要的意义是提出了原子的“核式结构”， 根据这一模型，利用散射来研究物质结构的方法 成为材料分析的有力手段。例：用α粒子对月球表 面的卢瑟福散射，分析了月球表面的成分，与取 样结果基本符合。
• 如图所示 •
• 经典： • 普朗克：
• 电磁辐射的能量交换只能是量子化的，即
• 由于普朗克的量子说与经典物理的概念严 重背离，正式提出五年之后，没有人理会， 直到1905年才由爱因斯坦作了发展，提出 光的量子说，用E=hν成功地解释了光电效 应。
• 3、著名的传统实验 • ①光电效应
• ②密立根油滴实验 • ③夫兰克-赫兹实验
• 由于相互作用能的大小远小于原来核能级的相邻 能级间的能量差，原来的一个核能级附加上相互 作用能，只能分裂为2I+1个子能级。只有从交变 电磁场吸收能量hν,处于低子能级的原子核就可以 跃迁至高子能级。
• 即：恒定电磁场保证能级分裂，交变电磁场使其 产生可观察的吸收峰。当把恒定的电磁场变为在 空间有梯度的电磁场时，不同空间处的物体或同 一样品的不同位置处的点，相互作用能不同。如 同物体成象时的位相不同一样，其共振频率不同， 所表现出的吸收谱不同—核磁共振成像技术。
近代物理实验绪论
主 讲: 孟祥省 2008.04.06
近代物理
• 在19世纪末，经典力学、热力学、统计物理学和 电动力学取得一系列成就，物理学家建立了一座 座宏伟的科学大厦。此时，不少人认为，后辈物 理学家似乎只有做一些零碎的修补工作就行了。 但是，“在物理学晴朗的天空出现了两朵令人不 安的“乌云”（开尔文1900.4）”。一朵是迈克 尔逊-莫雷实验（相对论）；一朵是与 黑体辐射有 关（量子力学）。正是这两朵乌云，掀起了物理 学上深刻的革命——近代物理的蓬勃发展。
• 2、天体的研究方法
• 一是测量天体离我们的距离，二是获取天体的物 理信息。
• 物理信息的获得—光谱测量
• 能够探明天体上发光体的化学组成，探明它所含 有的原子、分子、离子以及其它粒子的丰度；了 解它所在的局部物质状态、温度、密度、磁场、 电场…..；在近三四十年里，人们能探测到的已不 仅仅是可见光，已经扩展到包括射电、红外、紫 外以及X射线等在内的整个电磁波谱的各波段。 为了减少地球大气层、电离层的影响，人们尽可 能把天文望远镜用卫星送上太空。除哈勃太空望 远镜外，正在规划中的世界空间观测站计划把紫 外天文卫星发射到地球150万公里的太空。
• ②无法解释原子的稳定性。由于电子在做 加速运动时不断地失去自己的能量，从而 向着核作螺旋形的运动，最终掉到核内， 使正负电荷中和，原子完全崩溃（原子坍 塌）。
• 2、黑体辐射的普朗克的量子假说
• 若一物体对什么光都吸收而无反射，我们 就称这种物体为“绝对黑体”简称黑体。 一束光一旦从狭缝射入空腔后，就难再通 过狭缝反射出去，这个空腔的开口就可以 被看成是黑体。
近代物理的内容：
• 1、量子力学和狭义相对论 （微型计算机、 激光和光通信、核能、纳米科学、同步辐 射）
• 2、原子和分子（化学、生物学、材料科学、 超导）
• 3、原子核和粒子（核能开发、核技术应用） • 4、广义相对论和天体（正确的时空观） • 5、混沌（非线性科学）
一、原子和分子理论的几个代表性 事件
• 3、光谱的获得
• ①传统方法：
• 光谱是用光谱仪测量的，其种类繁多。但基本结 构原理相近，大致由三部分组成：光源、分光器 （棱镜，或光栅）；记录仪（把分出的不同成分 的光强记录下来）下图是棱镜摄谱仪的原理图
• ②利用光敏器件制成的传感器来传输信息。
• 各种光电传感器是以光作为媒介来感受被测对象 的信息的，是一种非接触式测量，免去了传统的 接触式测量中由于与被测对象间的机械相互作用 而导致的测量误差，同时使本来无法实现的测量 成为可能，这种基于光敏传感器的非接触式测量 又是遥测和遥控的重要基础。