大二-原子物理chap第一章基本狀況

第一章原子的基本狀2015-5- 第一節(jié)原子的質(zhì)量和大、的質(zhì)把碳在自然界最豐富的一種同位素12C的質(zhì)量的1/12定義為原子質(zhì)量單位，符號(hào)u，即12C原子質(zhì)量12.000u。11u12C原子質(zhì)量的十二分之一1211.66051024g1.66051027NA N 氫碳2015-5-

氧 2、原NA＝6.022169×1023mol-MA：原子的質(zhì)量絕A：原子量，也代表一摩爾原子以克為單位的質(zhì)量AMANA

(克

NAAAA2015-5- 3、阿伏伽德羅

NA

電解：法拉第常數(shù)

F96486.70Cmol-F表示一摩爾帶單個(gè)電量的離子所帶的總電

F：宏觀 e：微觀R ：宏觀量，普適氣體常量：微觀量，玻爾茲曼常數(shù)：宏觀量與微觀量的NA的巨大正說(shuō)明了微觀世界2015-5- 二、原子的大小（估計(jì)將原子看做是球體，設(shè)半徑為r,其體積為:4r 一摩爾原

A(g)1(gcm3是原子質(zhì)1r 3 )

A7(g)

0.7g/

Pb

A 11.34g/ 0.19nm2015-5-

原子大小的數(shù)量級(jí)：10-10 三、原子的組成、電子的發(fā)1、1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，測(cè)出e/m++-AEB+2015-5- k:陰極，發(fā)出陰極射線(xiàn)（顯象管）；AB狹陰極射線(xiàn)經(jīng)AB后，變成一狹窄射線(xiàn)，打到P1再加上磁場(chǎng)B。垂直紙面向外，使束點(diǎn)從P2回到P1, E/去掉電

eF 可求e 陰極射線(xiàn)的荷質(zhì)比是氫離子荷質(zhì)比的千倍湯姆 ：“有比原子小得多的微粒存在”，即電2015-5- inrecognitionofthegreatmeritsofhistheoreticalandexperimentalinvestigationsontheconductionofelectricitybygases2015-5- 22e1.6021019em9.1091031emp1.672

m 183m原子是由電子和原子核組成的原子

RobertAndrews1910年測(cè)量了單個(gè)電子的電1916 了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)2015-5- TheNobelPrizeinPhysicsforhisworkontheelementarychargeofandonthephotoelectricRobertAndrews1910年測(cè)量了單個(gè)電子的電1916 了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)2015-5- 第二節(jié)：原子的核式四、盧瑟福理論的五、原子核大小的六、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的回顧與一些2015-5- 前提條件1、原子中含有帶正電的（電 原子的組成部分，物質(zhì)是中性的2、電子的質(zhì)量比整個(gè)原子的質(zhì)量一、湯姆遜原子1903年英國(guó)科學(xué)家湯姆遜提出“葡萄干面包”式原子或稱(chēng)為“西瓜”子一個(gè)嵌在球內(nèi)不同2015-5- 二、盧瑟福的核式1α粒子散目的：檢驗(yàn)湯姆遜模型的正2015-5- 原理：帶電粒子射向原子,探測(cè)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角很小(約2O2015-5- 用盧瑟福自己的話(huà)說(shuō)英寸的彈，結(jié)果卻被頂了回來(lái)打在自己身上， 2015-5- 2、原子核式結(jié)構(gòu)模型—盧瑟福模原e2015-5- 3、湯姆遜“西瓜”模型失 不可能在湯姆遜模型那樣的原子中假設(shè)：將α粒子散射看作是α子和原子核兩個(gè)點(diǎn)電荷在庫(kù)忽略原子中的電子的影響。（為什么？）電子質(zhì)量2015-5- 湯姆遜“西瓜”模型F20原子半徑R，正電荷Ze均勻分布在球中，α粒子F20FF30r=RF2015-5- 2015-5- 湯姆遜“西瓜”模型2015-5-

結(jié)論：不可能產(chǎn)生大角度的散 盧瑟福FF20FFr↓→F↑可以產(chǎn)生大角2015-5- 三、α粒子散射推導(dǎo)定α粒子忽略電子只有庫(kù)侖靶核不2015-5- 庫(kù)侖瞄準(zhǔn)距離（ctgctg2 02Ze2Eα大，b大 就b小 就Z大，就2015-5- 微分必定向著到+dθ之間的角

2015-5- 微分散射1)22(2)20sin322物理意義：每一個(gè)靶原子使α粒子散射到到+dθ之間的2015-5- 立體平面角：由一點(diǎn)發(fā)出的兩條射線(xiàn)之間的夾 dd一般的定義：線(xiàn)段元dl對(duì)某點(diǎn)所張的平rdlr

單位ddSrdScosrddSrdScosr

ddS0r單位:球面 r 思考：一個(gè)球面的立體角為多2015-5- rd4sin22代得

1

0

2 2

2sin3α粒α粒子散射到立體角Ω內(nèi)的有效散射微分截面微分截面d )2(20sin4 22015-5-

盧瑟福散射公 散射到之間的α到+之間的總微分散射截面是d2015-5- ddndnAdndnA代 微分截面d微分截面d1)2d202

Nt( )2

)2

sin422015-5- dnsin412)2Nnt(0說(shuō)明：實(shí)際測(cè)量往往不是在θ~θ+dθ張開(kāi)的全部dΩ內(nèi)測(cè)量被散射的α粒子數(shù)dn，而是在一個(gè)有限小于散射公式只與θ有關(guān)，在同一個(gè)位置dn/dΩ=dn'/dΩ'，所以上公式可運(yùn)于小窗口探測(cè)。2015-5- ddnsin4ddnsin412)2Nnt()20dnsin4ddnsin4d2dndnd常dnddn dn Zd散射角，對(duì)同一Nt值，散射015-5- dnsin4dnsin4d2V、z同，N,t（度dn1/1372713232015-5- dndnd正比2015-5-

dn 常ddv-4的相對(duì)閃爍數(shù)15-5-dnddndZ2一個(gè)散射角，對(duì)同一Nt值散射物質(zhì)原子正電荷數(shù)的銅銀鉑原子序原子正電核數(shù)測(cè)462015-5- 2015-5- 五、原子核大小的v11M22有心力場(chǎng)，角動(dòng)量守恒

m m 102放出的粒子，~150°理論仍然有效

金薄Z=79，計(jì)算出（金2015-5-

rm=1.2×10-14 （銅rm=2×10- （銀 m m 102③入射粒子帶負(fù)電，則式中的1→-2015-5- 原子核半徑的數(shù)量級(jí)：10-15～10-2015-5- 2015-5- 六、對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的回顧與一些假設(shè)1、金屬靶原子核前后不互相遮蔽,粒子只經(jīng)過(guò)一次2、核外電子可以忽略3、靶核不動(dòng)（若考慮靶核的反沖運(yùn)動(dòng)，需作相應(yīng)的修正4、只有庫(kù)解釋?zhuān)航饘侔性雍饲昂蟛徊暮穸?0-7m，金屬原子直徑10-10m，有103個(gè)原子的原子核的幾何截面是原子的10-8量級(jí)，原子核很前后遮蓋的機(jī)會(huì)不2015-5- 粒子只經(jīng)過(guò)一次散 （實(shí)際經(jīng)過(guò)多次散射大角度散射時(shí)，實(shí)際是一次大角度散射+多個(gè)小角小角度散射可以忽略，一次散射理論（度dn1/1372713232015-5- ““2015-5- 粒子散射實(shí)驗(yàn)的1提供了分結(jié)能使的電子脫離的高子 射子原用高粒原成分微構(gòu)要方法。 2015-5- 粒子散射實(shí)驗(yàn) 無(wú)法解 無(wú)法解釋宇宙中同種原子結(jié)構(gòu)相同稱(chēng)為同一無(wú)法解釋原子在外來(lái)影響撤除后，立即恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)稱(chēng)為再生2015-5- 例例：一α垂到屬則子后求散射于0 α粒子與大之比。解一：根據(jù)公dnd 1

020

2

)(Mv2

2

1800

n2

1800n

2015-5- 解二：利用散射截面的概 n1Nt

n

ctg2 1

ctg22015-5- x個(gè)n1Nt n2Nt

x

t22015-5- 解：(1)