原子物理實(shí)驗(yàn)

1、簡(jiǎn)答之實(shí)驗(yàn)篇1盧瑟福a粒子散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：大多數(shù)a粒子散射角很小，少數(shù)a粒子散射角大于90，極少數(shù)與a粒子散射角等于180。實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)河捎谠雍撕苄。^大部分a粒子并不能瞄準(zhǔn)原子核入射，而只是從原 子核周?chē)┻^(guò)，此時(shí)原子核和a粒子間的作用力不大，因此偏轉(zhuǎn)也很??；也有少數(shù)a粒 子可能從原子核附近穿過(guò)，這時(shí)半徑較小，所受作用力較大，就會(huì)有較大的偏轉(zhuǎn)；而極 少數(shù)正對(duì)原子核入射的a粒子因?yàn)榘霃胶苄。饔昧艽?，就有可能反彈回?lái)。所以盧 瑟福核式結(jié)構(gòu)能定性的解釋a粒子散射實(shí)驗(yàn)。a粒子散射理論的建立1庫(kù)倫散射前提（假設(shè)）：忽略電子的作用；粒子和原子核看成點(diǎn)電荷；原子核不動(dòng)；大角散射是一次散射的結(jié)果。庫(kù)倫

2、散射公式：庫(kù)侖散射公式反應(yīng)出b和9的對(duì)應(yīng)關(guān)系。b小，9大；b大，9小。盧瑟福散射公式以b為外半徑，b-db為內(nèi)半徑的環(huán)面積內(nèi)的a粒子，散射到角度在9d9間的 一個(gè)空心圓錐體中。環(huán)形面積：力=2兀切羽=兀（）2（）2: d94ksMv 2 sm3 902空心錐體立體角：dG = 2兀sin 9d9 = 4兀sin & cos 9 d9221Ze 2dGda與dG的對(duì)應(yīng)關(guān)系：dG=（亠）2（f ）2 竺4ksMv 2 sin4 902此公式物理意義：每個(gè)散射到99+d9之間的空心立體角dG內(nèi)的a粒子，必 定打在bb-db之間的da這個(gè)環(huán)形帶上。da 是膜中每個(gè)原子的有效散射截面，又稱(chēng)微分截面。設(shè)有

3、一薄膜，面積為A,厚度為t,單位體積內(nèi)的原子數(shù)為N，則薄膜中的總原 子數(shù)是： N= NAt 。近似：設(shè)薄膜很薄，薄膜內(nèi)的原子核對(duì)射來(lái)的粒子前后不 互相覆蓋。則N個(gè)原子把a(bǔ)粒子散射到dG中的總有效散射截面為：返=NdQ = NAtdadn dE ， dn nA dnd工=Ntda n da =n AnNtda 物理意義：代表散射到 9 與 9+d9 之間的幾率的大小，故微分截面也成幾率。 將代入得盧瑟福散射變形公式：dn1Ze2sin4 9 = （）2（）2 nNt =常數(shù) dG2 4耐Mv 20d n實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：使d n實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：使d dnd 即可由公式預(yù)言下列四種關(guān)系：z1z1在同一 a粒子源

4、和同一散射物的情況下ISin常數(shù)2.用同一 a粒子源和同一種材料的散射物，在同一散射角，（dJz d n z d n v 3用同一個(gè)散射物，在同一個(gè)散射角，（d 丿4用同一個(gè)a粒子源，在同一個(gè)散射角，對(duì)同一 Nt值,dnd常數(shù)2弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明原子內(nèi)部能級(jí)的存在，即能量是量子化的。二、實(shí)驗(yàn)原理：電子與原子發(fā)生非彈性碰撞，電子失去一部分或全部動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為原子內(nèi)部能量，使原子激發(fā)或電離。三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析當(dāng)KG間電壓低于4.9V時(shí)，不會(huì)影響汞原子內(nèi)部能量；當(dāng)KG間電壓達(dá)到4.9V時(shí)， 碰撞后能量全部給了原子，不能克服反電勢(shì)達(dá)到A，故A極電流下降；當(dāng)KG間電壓超 過(guò)4.9V較多時(shí)，除

5、原子碰撞傳遞能量外，還有足夠能量達(dá)到A極，故A極電流上升； 當(dāng)KG間電壓為4.9V整數(shù)倍時(shí)，可能發(fā)生多次碰撞而失去能量，故A極電流下降。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電流突然下降時(shí)的電壓相差都是4.9V，即，KG間的電壓為4.9V的整數(shù)倍時(shí)，電流突然下降。五、結(jié)果分析和結(jié)論：Hg原子只吸收4.9eV的能量，4. 9eV為汞原子的第一激發(fā)電位。清楚的證實(shí)了原子中量子態(tài)的存在，原子的能量不是連續(xù)變化的，而 是由一些分立的能級(jí)組成。史特恩-蓋拉茲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明磁矩是量子化的，也就是證明了原子在磁場(chǎng)中的取向是量子化的。二、實(shí)驗(yàn)原理（為什么原子會(huì)偏轉(zhuǎn)）：一個(gè)非均勻磁場(chǎng)對(duì)具有磁矩卩的磁體產(chǎn)生一個(gè)力,dBdqdBd

6、qcos其大小為：其中卩zdBdqdBdqcos其大小為：其中卩z為B方向分量,dBdqur為沿q方向的梯度，B為磁矩與B的夾角。原子受不均勻磁場(chǎng)的若dq 0（即磁場(chǎng)強(qiáng)度B沿Z方向增加），則BV90。，力f與B同向; 否則B90, f與B反向。原子受不均勻磁場(chǎng)的作 用 達(dá) 到 相 片 時(shí) 的 橫 向 移 動(dòng) S 為 ：atdB上式中除了2mdzdB2m以外都是常量，所以有幾個(gè)上式中除了2mdzdB2m以外都是常量，所以有幾個(gè)卩COS值，銀原子在磁場(chǎng)中就有幾個(gè)取向。又因?yàn)榛鶓B(tài)銀原子束以相同的速度方向通過(guò)與速度方向垂直的不均勻磁場(chǎng)，不同L1的原子受力不同。由底片上銀原子的分布情況可以判斷 z 的分布情況，從而判斷銀原子在磁場(chǎng)中的取向。三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銀原子束經(jīng)過(guò)與運(yùn)動(dòng)方向垂直的非均勻磁場(chǎng)以后會(huì)偏轉(zhuǎn)分成兩束，即在 P 上看到兩條黑斑。四、現(xiàn)象解釋2(岑)(L)2 卩 Z2 mdZ v jZr(H )=r(H )=(jZe2mrgJ)zg - m h 二2mj-m g卩jBz=2( -dZ)(-)2 mg 卩 B由可得2 mdZ v j B由可得根據(jù)可知S的取值只與mj有關(guān)。由于理論上mj=j,j-1,，-j共2j+1個(gè)值，故相應(yīng) 的就有2j+1個(gè)分立的z值。即在相片上有2j+1個(gè)黑條，這代表了角動(dòng)量的2j+1個(gè)