原子物理學(xué)：第1章 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)

1、1.2 原子的核式結(jié)構(gòu)1903年 J.J.湯姆遜提出，原子中的正電荷和原子質(zhì)量均勻地分布在半徑為10-10m的球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子則在這個(gè)球體內(nèi)游動(dòng)。這些電子能在它們的平衡位置上作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，觀察到的原子所發(fā)光譜的各種頻率就相當(dāng)于這些振動(dòng)的頻率。為了解釋元素周期表，湯姆遜還假設(shè)，電子分布在一個(gè)個(gè)環(huán)上：第一個(gè)環(huán)上只可放5個(gè)電子，第二個(gè)環(huán)上可放10個(gè)電子一、湯姆遜原子結(jié)構(gòu)模型這種模型的特點(diǎn)：特別穩(wěn)定，并在解釋元素周期性方面確實(shí)取得一定的成功. 熒光屏顯微鏡 粒子鐳放射源金箔二、 粒子散射實(shí)驗(yàn) 粒子為氦核速度轟擊金箔。以c/15的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：絕大部分粒子經(jīng)金箔散射后，散射角很?。?3），但有1/8

2、000的粒子偏轉(zhuǎn)角大于90 盧瑟福感到很驚奇，他說(shuō)：“就象一枚15英寸的炮彈打在一張紙上又被反射回來(lái)一樣”，簡(jiǎn)直不可理解。盧瑟福經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏评碇螅?911年提出了“核式結(jié)構(gòu)模型” 。這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不可能用湯姆遜模型給予解答的.考慮兩個(gè)外形、大小、電荷和質(zhì)量相同的帶電球體，其中一個(gè)球體的電荷密度均勻分布，另一集中在球心?，F(xiàn)用一帶電粒子轟擊這兩個(gè)球體。湯姆遜模型中，不可能出現(xiàn)較大的相互作用力，而盧瑟福模型可以出現(xiàn)很大的作用力，可能使得入射離子反彈.盧瑟福模型湯姆遜模型三、 盧瑟福原子有核模型根據(jù)力學(xué)原理可證明粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是雙曲線：其中：b為瞄準(zhǔn)距離，M為粒子的質(zhì)量通過(guò)b為外半徑、b-d

3、b為內(nèi)半徑環(huán)形面積的粒子必定從 和+d 之間的空心圓錐中散射出去。環(huán)形面積為： d=2bdb用空心圓錐體的立體角d代替d得到：這就是盧瑟福散射公式。d就是粒子散射到和+d之間立體角d的有效散射截面，又稱為微分截面.如果有n個(gè)粒子射到A上，其中有dn個(gè)散射到和+d之間的d中，這些肯定落在d上。盧瑟福方程改寫為將盧瑟福散射公式和實(shí)驗(yàn)所能觀察的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái).A為薄膜面積、t為薄膜厚度、N為單位體積的原子數(shù)。原子總數(shù)為：總的有效散射面積為：設(shè)薄膜很薄，這些原子對(duì)射來(lái)的粒子前后不互相遮蔽，在實(shí)驗(yàn)上，往往是用測(cè)量熒光屏方向上的小的立體角d和粒子數(shù)dn代替總的立體角d和粒子數(shù)dn的.可以發(fā)現(xiàn)：等號(hào)的右邊等于常數(shù)是對(duì)于同一粒子源、同一散射物，左邊的數(shù)值不隨的改變而改變.四、 盧瑟福理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在同一粒子源和同一散射物的情況下從表中可以看到盡管dn相差很大，但是 相差不大，可見(jiàn)理論對(duì)大角度是合適的，小角度（90o的粒