緒論+第一章+原子的核式結構1

1、12 課程說明課程說明 原子物理學是物理學專業(yè)的一門重要基礎課程。它上原子物理學是物理學專業(yè)的一門重要基礎課程。它上承經(jīng)典物理，下接量子力學，屬于近代物理的范疇。在內(nèi)承經(jīng)典物理，下接量子力學，屬于近代物理的范疇。在內(nèi)容體系的描述上，原子物理學采用了普通物理的描述風格，容體系的描述上，原子物理學采用了普通物理的描述風格，講述量子物理的基本概念和物理圖象，以及支配物質(zhì)運動講述量子物理的基本概念和物理圖象，以及支配物質(zhì)運動和變化的基本相互作用，并在此基礎上，利用量子力學的和變化的基本相互作用，并在此基礎上，利用量子力學的思想和結論，討論物質(zhì)結構在原子、原子核以及基本粒子思想和結論，討論物質(zhì)結構在原子

2、、原子核以及基本粒子等結構層次的性質(zhì)、特點和運動規(guī)律。等結構層次的性質(zhì)、特點和運動規(guī)律。3 該課程分為三個層次：第一是成熟、已有定論的基本內(nèi)容，該課程分為三個層次：第一是成熟、已有定論的基本內(nèi)容，要求學生掌握并能運用；第二是目前已取得最新研究成果，要要求學生掌握并能運用；第二是目前已取得最新研究成果，要求學生掌握其物理概念和物理圖象；第三對于前沿研究課題內(nèi)求學生掌握其物理概念和物理圖象；第三對于前沿研究課題內(nèi)容，要求學生了解其研究方向。在內(nèi)容上，它由原子物理和原容，要求學生了解其研究方向。在內(nèi)容上，它由原子物理和原子核兩部分組成。子核兩部分組成。 主要講授：主要講授：緒論緒論、原子的基本狀況原

3、子的基本狀況、原子的能級和輻射原子的能級和輻射、量子力學初步量子力學初步、堿金屬原子堿金屬原子、多電子原子多電子原子、磁場中的原子磁場中的原子、原原子的殼層結構子的殼層結構、X射線射線等八章內(nèi)容。等八章內(nèi)容。 教學時數(shù)為教學時數(shù)為64學時。學時。4 通過原子物理學課的學習，不僅要掌握原子世界的基通過原子物理學課的學習，不僅要掌握原子世界的基本規(guī)律，培養(yǎng)良好的自學能力和科研素質(zhì)，還要學習物理本規(guī)律，培養(yǎng)良好的自學能力和科研素質(zhì)，還要學習物理學家們那種創(chuàng)造性研究問題的思想和方法，借以培養(yǎng)自己學家們那種創(chuàng)造性研究問題的思想和方法，借以培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。的創(chuàng)新能力。 原子物理學的研究對象是電子、原子

4、核、基本粒子。原子物理學的研究對象是電子、原子核、基本粒子。課程內(nèi)容抽象枯燥。為了幫助學生建立清晰的物理圖像，課程內(nèi)容抽象枯燥。為了幫助學生建立清晰的物理圖像，樹立鮮明的物理思想，在講授中我們充分發(fā)揮多媒體技術樹立鮮明的物理思想，在講授中我們充分發(fā)揮多媒體技術的優(yōu)勢，再現(xiàn)原子物理學重大發(fā)現(xiàn)的物理過程，避開量子的優(yōu)勢，再現(xiàn)原子物理學重大發(fā)現(xiàn)的物理過程，避開量子力學復雜的數(shù)學計算，著重闡述基本概念和基本規(guī)律，建力學復雜的數(shù)學計算，著重闡述基本概念和基本規(guī)律，建立具體的物理模型，引導學生主動把握所研究的對象，學立具體的物理模型，引導學生主動把握所研究的對象，學會物理學的研究方法和研究思想，養(yǎng)成良好的

5、自學習慣。會物理學的研究方法和研究思想，養(yǎng)成良好的自學習慣。5目目 錄錄緒論緒論第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況第二章第二章 原子的能級和輻射原子的能級和輻射第三章第三章 量子力學初步量子力學初步第四章第四章 堿金屬原子堿金屬原子第五章第五章 多電子原子多電子原子第六章第六章 磁場中的原子磁場中的原子第七章第七章 原子的殼層結構原子的殼層結構第八章第八章 X射線射線6緒緒 論論 （講授（講授2學時、自學學時、自學2學時學時） 7教學內(nèi)容教學內(nèi)容一、原子物理學的研究對象、內(nèi)容和研究方法一、原子物理學的研究對象、內(nèi)容和研究方法二、二、 原子物理學的發(fā)展歷史原子物理學的發(fā)展歷史三三 、原子

6、物理學的地位、作用和研究前景、原子物理學的地位、作用和研究前景8教學要求教學要求 （1）掌握原子物理的研究對象、內(nèi)容、特點和研）掌握原子物理的研究對象、內(nèi)容、特點和研究方法。究方法。（2）了解原子物理的發(fā)展歷史及在材料科學、激）了解原子物理的發(fā)展歷史及在材料科學、激光物理、生物物理等學科的應用光物理、生物物理等學科的應用（3）了解原子物理正在發(fā)展的學科前沿。）了解原子物理正在發(fā)展的學科前沿。9一、原子物理的研究對象、內(nèi)容、研究方法一、原子物理的研究對象、內(nèi)容、研究方法研究對象研究對象 原子物理學屬近代物理學課程，它是研究物質(zhì)在原原子物理學屬近代物理學課程，它是研究物質(zhì)在原子層次內(nèi)由什么組成，它

7、們?nèi)绾巫饔茫l(fā)生什么樣的運子層次內(nèi)由什么組成，它們?nèi)绾巫饔茫l(fā)生什么樣的運動形態(tài)的理論。即主要研究原子結構與性質(zhì)及有關問題。動形態(tài)的理論。即主要研究原子結構與性質(zhì)及有關問題。它是關于物質(zhì)微觀結構的一門科學。它是關于物質(zhì)微觀結構的一門科學。研究內(nèi)容研究內(nèi)容 由原子物理和原子核兩部分組成。原子物理部分從由原子物理和原子核兩部分組成。原子物理部分從原子光譜入手，研究價電子的運動規(guī)律；從元素周期律原子光譜入手，研究價電子的運動規(guī)律；從元素周期律和和X射線入手研究內(nèi)層電子的運動規(guī)律和排布。原子核部射線入手研究內(nèi)層電子的運動規(guī)律和排布。原子核部分主要研究核的整體性質(zhì)、核力、核模型、核衰變、核分主要研究核的

8、整體性質(zhì)、核力、核模型、核衰變、核反應、核能的開發(fā)和利用、以及基本粒子的一些知識。反應、核能的開發(fā)和利用、以及基本粒子的一些知識。10研究方法研究方法： 從光譜及實驗資料入手，提出假設，建立模型，然后再進行實從光譜及實驗資料入手，提出假設，建立模型，然后再進行實驗驗證，最后形成理論。正如恩格斯所說：驗驗證，最后形成理論。正如恩格斯所說：“只要自然科學在思只要自然科學在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。維著，它的發(fā)展形式就是假說。”二、二、 原子物理學的發(fā)展歷史原子物理學的發(fā)展歷史 1.古代的原子論：古代的原子論： 中國古代的原子論中國古代的原子論 古希臘的原子論古希臘的原子論 2. 近代原子說近代

9、原子說 3.19世紀末世紀末20世紀初的原子說世紀初的原子說 4.量子力學和現(xiàn)代原子物理學量子力學和現(xiàn)代原子物理學 11三三 、原子物理學的地位、作用和研究前景、原子物理學的地位、作用和研究前景 1.原子物理學在材料科學中的應用原子物理學在材料科學中的應用 2.原子物理學在宇觀研究領域中應用：星際分子、宇宙起源等原子物理學在宇觀研究領域中應用：星際分子、宇宙起源等 3.原子物理學在激光技術及光電子研究領域的應用原子物理學在激光技術及光電子研究領域的應用 4.原子物理學在生命科學領域中的應用原子物理學在生命科學領域中的應用 5.原子物理學化學研究領域的應用原子物理學化學研究領域的應用 四、學習原

10、子物理學應注意的問題四、學習原子物理學應注意的問題 1.實踐是檢驗真理的標準實踐是檢驗真理的標準 2.科學是逐步地不斷地發(fā)展的科學是逐步地不斷地發(fā)展的 3.對微觀體系不能要求都按宏觀規(guī)律來描述對微觀體系不能要求都按宏觀規(guī)律來描述 4.要善于觀察、善于學習、善于動腦、開拓進取，不斷創(chuàng)新要善于觀察、善于學習、善于動腦、開拓進取，不斷創(chuàng)新12思考題思考題（1）簡述原子物理學的研究對象、內(nèi)容、特點和研究方）簡述原子物理學的研究對象、內(nèi)容、特點和研究方法。法。（2）簡述原子物理學的發(fā)展歷史。）簡述原子物理學的發(fā)展歷史。（3）簡述原子物理學在近代物理中作用和發(fā)展方向。）簡述原子物理學在近代物理中作用和發(fā)展

11、方向。（4）簡述原子物理學在材料科學、激光物理、生物物理）簡述原子物理學在材料科學、激光物理、生物物理等學科的作用和應用。等學科的作用和應用。（5）舉例說明原子物理在科技中的作用。）舉例說明原子物理在科技中的作用。13自學指導自學指導 認真閱讀褚書緒論部分，掌握原子認真閱讀褚書緒論部分，掌握原子物理的研究對象、內(nèi)容、特點和研究方物理的研究對象、內(nèi)容、特點和研究方法，了解原子物理的發(fā)展歷史、在科學法，了解原子物理的發(fā)展歷史、在科學研究中的地位和作用和學科前沿。研究中的地位和作用和學科前沿。 14閱讀參考文獻閱讀參考文獻（1）潘永祥編）潘永祥編自然科學概述自然科學概述（北京大學出版社）第九章：（北

12、京大學出版社）第九章：19世紀末世紀末20書記初的物理學革命。書記初的物理學革命。（2）方俊鑫，陸棟編）方俊鑫，陸棟編固體物理學固體物理學（上冊）（上?？茖W技（上冊）（上海科學技術出版社）緒論部分。術出版社）緒論部分。（3）趙凱華編）趙凱華編定性與半定量物理學定性與半定量物理學（高等教育出版社）（高等教育出版社）第三章數(shù)量級估計：物理世界的層次和基本物理常數(shù)；原子；第三章數(shù)量級估計：物理世界的層次和基本物理常數(shù)；原子；原子核；分子和晶體部分。原子核；分子和晶體部分。（4）WC丹皮爾著丹皮爾著科學史（及其與科學和宗教的關系）科學史（及其與科學和宗教的關系）（商務出版社）緒論、第十章物理學的革命部

13、分（商務出版社）緒論、第十章物理學的革命部分（5）茍清泉編）茍清泉編原子物理學原子物理學（高等教育出版社）緒論部分。（高等教育出版社）緒論部分。15第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況（講授（講授6學時、自學學時、自學6學時學時） 16教學內(nèi)容教學內(nèi)容 1.1原子的質(zhì)量和大小原子的質(zhì)量和大小 1.2原子的核式結構模型原子的核式結構模型17教學要求教學要求 （1）掌握原子的靜態(tài)性質(zhì)；理解阿伏加德）掌握原子的靜態(tài)性質(zhì)；理解阿伏加德羅常數(shù)的物理意義。羅常數(shù)的物理意義。（2）掌握電子的發(fā)現(xiàn)、）掌握電子的發(fā)現(xiàn)、粒子散射實驗等粒子散射實驗等實驗事實。實驗事實。（3）掌握庫侖散射公式和盧瑟福散射公式）

14、掌握庫侖散射公式和盧瑟福散射公式的推導。的推導。（4）掌握盧瑟福公式的實驗驗證、原子核）掌握盧瑟福公式的實驗驗證、原子核大小的估計和原子的核式結構。大小的估計和原子的核式結構。 18 重重 點點 粒子散射實驗粒子散射實驗 盧瑟福散射公式盧瑟福散射公式 庫侖散射公式庫侖散射公式 原子的核式模型原子的核式模型。 難難 點點庫侖散射公式庫侖散射公式盧瑟福散射公式推導盧瑟福散射公式推導 1.1 原子的和大小原子的和大小 一、一、 原子的質(zhì)量原子的質(zhì)量 二、二、 原子的大小原子的大小 三、三、 原子的組成原子的組成 一、一、 原子的質(zhì)量原子的質(zhì)量 一百多種元素的原子，其質(zhì)量各不相同。將自然界最一百多種元

15、素的原子，其質(zhì)量各不相同。將自然界最豐富的豐富的12C C的原子質(zhì)量定為的原子質(zhì)量定為12個單位，記為個單位，記為12u u，u u為原子為原子質(zhì)量單位質(zhì)量單位 -27212( ) 11( )u=1.66010kg=931.5MeV/c12ggNNAA()(X)=AuAA gMN元素元素 X X 的原子質(zhì)量為的原子質(zhì)量為 A A是原子量，代表一摩爾原子以克為單位的質(zhì)量數(shù)。是原子量，代表一摩爾原子以克為單位的質(zhì)量數(shù)。3143ANAr 二、二、 原子的大小原子的大小 將原子看作是球體將原子看作是球體,其體積為其體積為 ,一摩爾原子占體積為一摩爾原子占體積為334r3(g/cm )34( ),3AA

16、 gr N原子的半徑為原子的半徑為例如例如 Li原子原子 A=7， =0.7， rLi=0.16nm； Pb原子原子 A=207， =11.34， rPb=0.19nm；是原子質(zhì)量密度。是原子質(zhì)量密度。三、三、 原子的組成原子的組成 18971897年湯姆遜從如年湯姆遜從如右圖放電管中的陰極射右圖放電管中的陰極射線發(fā)現(xiàn)了帶負電的電子線發(fā)現(xiàn)了帶負電的電子, ,并測得了并測得了e/m比比。19101910年年密立根用油滴做實驗發(fā)密立根用油滴做實驗發(fā)現(xiàn)了電子的電量值為現(xiàn)了電子的電量值為 e =1.602=1.60210101919（c c） 從而電子質(zhì)量從而電子質(zhì)量是是 me=9.109=9.109

17、10103131kg=0.511MeV/ckg=0.511MeV/c2 =2 =5.4875.48710104 4u u原子是由電子和原子核組成的原子是由電子和原子核組成的, ,這是盧瑟福在這是盧瑟福在19111911年提出的原子模型。年提出的原子模型。 B_+E23 1.2 原子核式結構模型原子核式結構模型一、一、湯姆遜湯姆遜原子模型原子模型二、二、 粒子散射實驗粒子散射實驗三、原子核式結構模型三、原子核式結構模型盧瑟福模型盧瑟福模型四、四、 庫侖散射庫侖散射五、盧瑟福散射公式及實驗驗證五、盧瑟福散射公式及實驗驗證六、六、 粒子散射實驗的意義及盧瑟福模型的困難粒子散射實驗的意義及盧瑟福模型的

18、困難一、一、湯姆遜湯姆遜原子模型原子模型 湯姆遜湯姆遜提出原子的布丁提出原子的布丁(pudding)(pudding)模型模型, ,認為正電荷均勻分布認為正電荷均勻分布 在半徑為在半徑為R R 的原子球體內(nèi)的原子球體內(nèi), ,電子像布丁鑲嵌在其中電子像布丁鑲嵌在其中, ,如下圖如下圖 25 19031903年英國科年英國科學家學家湯姆遜湯姆遜提提出出 “ “葡萄干蛋葡萄干蛋糕糕”式原子模式原子模型或稱為型或稱為“西西瓜瓜”模型模型。 湯姆遜正在進行實驗湯姆遜正在進行實驗26二、二、 粒子散射實驗粒子散射實驗檢驗湯姆遜模檢驗湯姆遜模型的正確性型的正確性目目的的原原理理帶電粒子射向原帶電粒子射向原子

19、子, ,探測出射粒子探測出射粒子的角分布。的角分布。27 ( a) 側視圖側視圖 (b) 俯視圖俯視圖 R:放射源放射源 F:散射箔散射箔 S:閃爍屏閃爍屏 B:圓形金屬匣圓形金屬匣 A:代刻度圓盤代刻度圓盤 C:光滑套軸光滑套軸 T:抽空抽空B的管的管 M:顯微鏡顯微鏡 實驗裝置和模擬實驗實驗裝置和模擬實驗28 大多數(shù)散射角很小，約大多數(shù)散射角很小，約1/80001/8000散射大散射大于于9090； 極個別的散射角等于極個別的散射角等于180180。 結結果果29Fv vm)()(.v/vmaxMeV103MeVnm10MeVfm441221422425202202KKEZEZmRZepp

20、RRZetFpP+Ze 盧瑟福盧瑟福等人用質(zhì)量為等人用質(zhì)量為4.0034 u u的高速的高速粒子粒子( (帶帶+2+2e e電量電量) )撞擊撞擊原子原子, , 探測原子結構。按照布丁模型，原子只對掠過邊界（探測原子結構。按照布丁模型，原子只對掠過邊界（R R）的的粒子有較大的偏轉(zhuǎn)。粒子有較大的偏轉(zhuǎn)。p30例如, EK=5.0 MeV ， Z(金)=79 ， maxm（粒子質(zhì)量）時粒子質(zhì)量）時, 可視為核不動可視為核不動,于是于是問題化為單質(zhì)點問題化為單質(zhì)點m在有心反平方庫侖斥力作用下的運動問在有心反平方庫侖斥力作用下的運動問題。題。 我們關心從無限遠來的我們關心從無限遠來的 粒子（初態(tài)）經(jīng)庫

21、侖力作用后又飛向無窮遠粒子（初態(tài)）經(jīng)庫侖力作用后又飛向無窮遠的運動狀態(tài)（末態(tài)）。由機械能守恒因而動量守恒有的運動狀態(tài)（末態(tài)）。由機械能守恒因而動量守恒有 Pf=Pi=mv 在作用區(qū)動量的變化在作用區(qū)動量的變化P P 可由庫侖力的沖量定理給出可由庫侖力的沖量定理給出dddtFdtFmppcoscos2sin22sin2v 在有心力場中角動量守恒在有心力場中角動量守恒 ，將，將 代入上式積代入上式積分分bmmrLv22cot2ab 稱稱庫侖散射公式庫侖散射公式。其中。其中)22sin(24cos42sin202212)(2)(0221beZZdbeZZmvvv22121,42kKz z eaEmv

22、Ev40bZeu222M042Ctg41042Ctg 為了簡化，設想 粒子和原子核做對心碰撞。那么在最近距離a處，動能為零。aZeFaE0242abbZeu22M2242例題例題2.核大小的估算核大小的估算取軌道近日點距作為核大小的量度取軌道近日點距作為核大小的量度, ,在近日點有在近日點有 222221212222221124241411cot1csc22222KmmmmmmZ Z eZ Z ebaLmvErmrrrraaaabrvmz1ez2erm 特別是當特別是當 = = ，rm=a,a是是 粒粒子將全部動能轉(zhuǎn)化為勢能時的距子將全部動能轉(zhuǎn)化為勢能時的距離，即離，即2124KZ Z eEa

23、44mrrm=310-14m （金）（金） rm=1.2 10-14 m （銅）（銅） rm=2 10-14m （銀）（銀）P Po oc cR Ra a2 21 14 48 84 4mr放出的放出的 粒子，粒子， 150理論仍然有效，理論仍然有效，V 0.064C 金薄箔金薄箔 Z=79 ，計算出：，計算出： 45原子半徑數(shù)量級為原子半徑數(shù)量級為10-10米，原子核半徑數(shù)量級為米，原子核半徑數(shù)量級為10-15-10-14米，相差米，相差4-5個數(shù)量級，面積相差個數(shù)量級，面積相差8-10個個數(shù)量級，體積相差數(shù)量級，體積相差12-15個數(shù)量級。若把原子放大個數(shù)量級。若把原子放大到足球場地那么大，

24、則原子核相當于場地中心的到足球場地那么大，則原子核相當于場地中心的一個黃豆粒?？梢娫又惺欠浅？諘绲?。一個黃豆粒?？梢娫又惺欠浅？諘绲?。庫侖散射公式只在庫侖力作用下才成立，在小角度散射下庫侖散射公式只在庫侖力作用下才成立，在小角度散射下, ,當當粒粒子進入原子中時子進入原子中時, ,由于內(nèi)層電子對核的屏蔽作用由于內(nèi)層電子對核的屏蔽作用, ,這時這時粒子感受粒子感受到非庫侖力的作用到非庫侖力的作用, ,上公式不再成立；上公式不再成立；當當rm R核核r r時，核力作時，核力作用將影響散射，公式也不成立。用將影響散射，公式也不成立。考慮核的反沖運動時考慮核的反沖運動時,必須作兩體問題處理，引入折

25、合質(zhì)量必須作兩體問題處理，引入折合質(zhì)量 可化為可化為在固定力心庫侖場中的運動，故散射公式不變，但公式中在固定力心庫侖場中的運動，故散射公式不變，但公式中 3.3.一些討論一些討論,MmmM)(2214,2cos2ckcccEeZZaab 散射公式為散射公式為cKLKEE)()(的關系為的關系為和和cLc)()()(質(zhì)心系動能質(zhì)心系動能ccKKEE)()(1cKLKEMmE47例題例題48 1. 盧瑟福散射公式的推導盧瑟福散射公式的推導 2. 盧瑟福散射公式的實驗驗證盧瑟福散射公式的實驗驗證 五、盧瑟福散射公式及實驗驗證五、盧瑟福散射公式及實驗驗證1.盧瑟福散射公式的推導盧瑟福散射公式的推導 實

26、驗并不能觀測單個實驗并不能觀測單個 粒子的散射過程。盧瑟福散粒子的散射過程。盧瑟福散射實驗是將放射源（如射實驗是將放射源（如214Po）在單位時間內(nèi)放出）在單位時間內(nèi)放出的的N個個 粒子均勻射向面積粒子均勻射向面積為為A的靶面上，經(jīng)核庫侖力的靶面上，經(jīng)核庫侖力一次散射在一次散射在方向上，其中方向上，其中有有dN個個粒子散射在粒子散射在 +d圓錐殼內(nèi)，并被接圓錐殼內(nèi)，并被接收探測，所以可測量是收探測，所以可測量是dN/N百分比或幾率（見圖）百分比或幾率（見圖）從理論上如何給出從理論上如何給出dN/N呢呢?從圖示并借助從圖示并借助 對應關系，不難對應關系，不難給出：給出：2sin42sinsin2

27、42sin22sin2cos2162|22csc2|2cot2224242422AdaAdadAadaaAAdbbAdNdN2sin14)(42addc定義為微分截面為微分截面,單位為單位為b/sr,其中其中b=10-28 m2b2sin42sin164242daNntnAtAdaNdN 2csc44sin14,4242aadntNdNcc其中 實驗情況是實驗情況是N個個粒子打在厚度為粒子打在厚度為t的薄箔上，若單位體積內(nèi)有的薄箔上，若單位體積內(nèi)有n個個原子核，那么體積原子核，那么體積At內(nèi)共有內(nèi)共有nAt個核對入射個核對入射粒子粒子散射。假定各個核對散射。假定各個核對 粒子的散射是獨立事件，

28、總散射在粒子的散射是獨立事件，總散射在 +d內(nèi)的粒子數(shù)內(nèi)的粒子數(shù)dN應為應為該式稱該式稱盧瑟福散射公式盧瑟福散射公式。微分散射截面。微分散射截面 c c( () )，代表單位靶面，代表單位靶面內(nèi)每個靶核將入射粒子散射在內(nèi)每個靶核將入射粒子散射在方向方向單位立體角內(nèi)的幾率。單位立體角內(nèi)的幾率。 散射在散射在12 的的粒子數(shù)為粒子數(shù)為 說明：說明：實際測量往往不是在實際測量往往不是在+d張開張開的全部立體角的全部立體角 d=2sinsind d內(nèi)測量被散射的內(nèi)測量被散射的粒子數(shù)粒子數(shù)dN ，而是在一個有限小窗口，而是在一個有限小窗口（ds ）張的立體角）張的立體角d=ds/r2內(nèi)測量散射的粒子數(shù)內(nèi)

29、測量散射的粒子數(shù)dN 。 由于散射由于散射公式只與公式只與有關，在同一個有關，在同一個位置上有位置上有 dN/d=dN/d ，所以上公式，所以上公式可運于小窗口探測?？蛇\于小窗口探測。 )(sin20bNntNntdNntdNntNc)()(b射在厚度為射在厚度為t、核密度為核密度為n的薄箔的的薄箔的粒子散射在粒子散射在 空間內(nèi)的粒子數(shù)空間內(nèi)的粒子數(shù)為為是散射在是散射在o的總截面的總截面221212()()()NNntbb 2 . 盧瑟福散射公式的實驗驗證盧瑟福散射公式的實驗驗證 對同一對同一放射放射源（源（EK同），同一靶體同），同一靶體（Z,t同）同） 對同一對同一放射放射源，同一靶材，但

30、厚度源，同一靶材，但厚度t不同不同，在，在方向接收的方向接收的 不同不同放射放射源（源（ EK不同），同一靶體，在不同），同一靶體，在方向測得方向測得 對同一對同一放射放射源；不同靶材（源；不同靶材（Z不同），但不同），但nt同，在方向測得同，在方向測得 蓋革和馬斯頓按上述作了一系列實驗，結果與理論符合很好，從而確蓋革和馬斯頓按上述作了一系列實驗，結果與理論符合很好，從而確立了原子有核模型。立了原子有核模型。;2/sin4CN; tN 24;KNEv;ZN2v a.盧瑟福散射公式是庫侖作用力的結果，任何非庫侖作盧瑟福散射公式是庫侖作用力的結果，任何非庫侖作用都將失效。用都將失效。 b.核密度為

31、核密度為n、厚度為、厚度為t的靶的總散射截面是單個核散射的靶的總散射截面是單個核散射截面的截面的nt倍，這意味著每個核發(fā)生一次大角度散射是倍，這意味著每個核發(fā)生一次大角度散射是獨立事件，這要求靶箔足夠薄才能得到保證。獨立事件，這要求靶箔足夠薄才能得到保證。 c.散射公式是在靶核不動前提下給出的，若考慮靶核的散射公式是在靶核不動前提下給出的，若考慮靶核的反沖運動，需作相應的修正反沖運動，需作相應的修正,(EK EK(c), c )。幾點說明：幾點說明：NAtddd. 僅對薄靶才有效僅對薄靶才有效。f.大角散射是一次散射的結果。僅對大角散射是一次散射的結果。僅對 大角大角(45 )有有效。當效。當

32、45 時時,理論與實驗偏離很大。理論與實驗偏離很大。56例題例題57六、六、 粒子散射實驗的意義及盧瑟福模粒子散射實驗的意義及盧瑟福模型的困難型的困難 1、通過實驗解決了原子中正、負電荷的排布問題，建立了一、通過實驗解決了原子中正、負電荷的排布問題，建立了一個與個與 實驗相符的原子結構模型，使人們認識到原子中的正電實驗相符的原子結構模型，使人們認識到原子中的正電荷集中荷集中 在核上，提出了以核為中心的概念，從而將原子分為在核上，提出了以核為中心的概念，從而將原子分為核外與核核外與核 內(nèi)兩部分，并且認識到高密度的原子核的存在，在內(nèi)兩部分，并且認識到高密度的原子核的存在，在原子物理學原子物理學 中

33、起了重要作用。中起了重要作用。（一）意義：（一）意義：2 2、 粒子散射實驗為人類開辟了一條研究微觀粒子結構的新途粒子散射實驗為人類開辟了一條研究微觀粒子結構的新途徑，以散射為手段來探測，獲得微觀粒子內(nèi)部信息的方法，為徑，以散射為手段來探測，獲得微觀粒子內(nèi)部信息的方法，為近代物理實驗奠定了基礎，對近代物理有著巨大的影響。近代物理實驗奠定了基礎，對近代物理有著巨大的影響。 3 3、 粒子散射實驗還為材料分析提供了一種手段。粒子散射實驗還為材料分析提供了一種手段。58（二）困難（二）困難1、原子穩(wěn)定性問題、原子穩(wěn)定性問題2、原子的同一性問題、原子的同一性問題3、原子的再生性問題、原子的再生性問題4

34、、原子線狀光譜問題、原子線狀光譜問題59 一、湯姆遜原子模型一、湯姆遜原子模型 二、盧瑟福原子模型二、盧瑟福原子模型 三、三、 粒子散射實驗粒子散射實驗 四、四、 粒子散射理論粒子散射理論 五、盧瑟福理論的實驗驗證五、盧瑟福理論的實驗驗證 六、原子核半徑的估算六、原子核半徑的估算 七、對七、對 粒子散射實驗的說明粒子散射實驗的說明 八、八、 粒子散射實驗的意義及盧瑟福模型的困難粒子散射實驗的意義及盧瑟福模型的困難小小 結結60思思 考考 題題（1）什么是電子？簡述密立根油滴實驗。）什么是電子？簡述密立根油滴實驗。（2）簡述盧瑟福原子有核模型的要點。）簡述盧瑟福原子有核模型的要點。（3）簡述粒子

35、散射實驗）簡述粒子散射實驗. 粒子大角散射的結果說明粒子大角散射的結果說明了什么？了什么？（4）什么是微分散射截面？簡述其物理意義。）什么是微分散射截面？簡述其物理意義。（5）簡述盧瑟福對原子結構的貢獻，說明原子有）簡述盧瑟福對原子結構的貢獻，說明原子有核模型的地位和困難。核模型的地位和困難。 61作業(yè)作業(yè)（1）當一束能量為）當一束能量為4.8MeV的的粒子垂直入射到厚度為粒子垂直入射到厚度為4.010-5cm的金箔上時探測器沿的金箔上時探測器沿20方向上每秒記錄方向上每秒記錄到到2.0104個粒子，試求：個粒子，試求：僅改變探測器安置方位僅改變探測器安置方位,沿沿60方向每秒可記錄到多少個方向每秒可記錄到多少個粒子？粒子？若粒子能量若粒子能量減少一半減少一半,則沿則沿20方向每秒可測得多少個方向每秒可測得多少個粒子？粒子？粒子能量仍為粒子能量仍為4.8MeV,而將金箔換成同厚度的鋁箔而將金箔換成同厚度的鋁箔,則則沿沿20方向每秒可記錄到多少個方向每秒可記錄到多少個粒子粒子?(