原子物理學(xué) 第1章 原子的位型,盧瑟福原子模型

原子物理學(xué)講授:李勇辦公室:9#12-16Email:yongli@電話迎大家!原子物理學(xué)物理學(xué)研究對(duì)象：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般的規(guī)律物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)物理學(xué)研究的特點(diǎn)簡(jiǎn)單定量原子物理學(xué)原子物理的研究對(duì)象：原子原子：組成物質(zhì)世界的基本單元物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)層次

研究問(wèn)題：原子組成組成物的運(yùn)動(dòng)組成物的相互作用原子物理學(xué)原子物理的研究的特點(diǎn)：微觀規(guī)律普遍規(guī)律原子物理課與量子力學(xué)課原子物理學(xué)教材FujiaYangModernAtomicandNuclearPhysics參考書(shū)楊福家《原子物理學(xué)》內(nèi)容簡(jiǎn)介

第一章原子的位型:盧瑟福原子模型

第二章原子的量子態(tài):玻爾模型

第三章原子的精細(xì)結(jié)構(gòu):電子自旋

第四章多電子原子:泡利原理第五章X射線第六章原子核物理概論教學(xué)形式（1）講授(每周三學(xué)時(shí))答疑(每周一次,每次一小時(shí))三個(gè)小測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)一：第一、二章測(cè)驗(yàn)二：第三、四章測(cè)驗(yàn)三：第五、六章期末考試全教材內(nèi)容教學(xué)形式(2)

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、平時(shí)表現(xiàn)(10)三個(gè)小測(cè)驗(yàn)(30)期末考試(60)祝大家好運(yùn)!

原子物理學(xué)

第一章原子的位型:盧瑟福原子模型

第二章原子的量子態(tài):玻爾模型

第三章原子的精細(xì)結(jié)構(gòu):電子自旋

第四章多電子原子:泡利原理第五章X射線第六章原子核物理概論

第一章原子的位型:盧瑟福原子模型

1-1背景知識(shí)1-2盧瑟福模型的提出1-3盧瑟福散射公式

1-4盧瑟福公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1-5行星模型的意義及困難

1-1背景知識(shí)電子的發(fā)現(xiàn)電子的電荷和質(zhì)量原子的大小1-1-1電子的發(fā)現(xiàn)湯姆遜陰極射線實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置陰極射線(C)狹縫(A,B)金屬板(D,E)熒光屏D,E加電場(chǎng)射線P1

P2陰極射線帶負(fù)電再加磁場(chǎng)射線P2

P1

Hev=Eev=E/H去掉電場(chǎng)

射線半徑r

mv2/r=Heve/m=v/Hr

1-1-2電子的電荷和質(zhì)量(1)密立根油滴實(shí)驗(yàn)(1)測(cè)得電子電量為：e=1.6×10-19C(庫(kù)侖)電子質(zhì)量me

=9.1×10-31kg

密立根首次發(fā)現(xiàn)了電荷的量子化電荷只能是e的整數(shù)倍若知H+(質(zhì)子）的荷質(zhì)比 1-1-2電子的電荷和質(zhì)量(2)密立根油滴實(shí)驗(yàn)(2)原子呈中性，原子中具有帶負(fù)電的電子， 必定有帶正電的物質(zhì)(對(duì)于氫原子，這種帶正電荷的物質(zhì)稱為質(zhì)子)

原子=正電物質(zhì)+負(fù)電物質(zhì)+不帶電物質(zhì)1-1-2電子的電荷和質(zhì)量(3)原子質(zhì)量單位[u]

1[u]≡1個(gè)12C原子質(zhì)量/12原子質(zhì)量MA

[u]=原子量[u]=A[u]

1-1-3原子的大小原子半徑

一個(gè)原子體積=

=一個(gè)原子的質(zhì)量/原子質(zhì)量密度=

原子半徑

r=

數(shù)量級(jí)：r~10-10m=1?1-2盧瑟福模型的提出原子正負(fù)電荷如何分布?粒子散射實(shí)驗(yàn)解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)1-2-1原子正負(fù)電荷如何分布?(1)湯姆遜原子模型

正電荷均勻分布在整個(gè)原子球體內(nèi)，

電子鑲嵌在其中（同心球殼上）。

盧瑟福的核型結(jié)構(gòu)模型原子是由帶正電的原子核和核外作軌道運(yùn)動(dòng)的電子組成1-2-2粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置1-2-2粒子散射實(shí)驗(yàn)(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)粒子散射角：~2o-3o1/8000的

粒子散射角：>90o

奇怪相當(dāng)于炮彈被一張紙反彈回來(lái)一樣！1-2-3解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(1)原子的正電荷Ze對(duì)入射的粒子(2e)產(chǎn)生的力Rr原子半徑帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(2)正電荷Ze對(duì)粒子(2e)的最大力散射角動(dòng)量的變化~力乘以粒子在原子度過(guò)的時(shí)間2R/v1-2-3解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)(2)p’p1-2-3解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)(3)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(3)相對(duì)動(dòng)量的變化R1-2-3解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)(4)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(4)電子對(duì)α粒子的偏轉(zhuǎn)的貢獻(xiàn)（對(duì)頭撞）(1)動(dòng)量、動(dòng)能守恒

入射的粒子散射后的粒子散射后的電子1-2-3解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)(5)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(5)電子對(duì)α粒子的偏轉(zhuǎn)的貢獻(xiàn)（對(duì)頭撞）(2)電子引起α粒子的偏轉(zhuǎn)角非常小可以說(shuō)幾乎沒(méi)有什么貢獻(xiàn)1-2-3解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)(6)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(6)粒子對(duì)金的散射角一次散射的散射角重復(fù)散射也不會(huì)產(chǎn)生大角度

重復(fù)散射為隨機(jī),平均之后不會(huì)朝一個(gè)方向特別不會(huì)穩(wěn)定地朝某一方向散射

湯姆遜原子模型與實(shí)驗(yàn)不符!

Z=791-3盧瑟福散射公式庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)

盧瑟福公式的推導(dǎo)

1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(1)遠(yuǎn)離靶核的入射能量E,電荷Z1e的帶電粒子與電荷Z2e的靶核散射瞄準(zhǔn)距離碰撞參數(shù)散射角1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(2)庫(kù)侖散射公式庫(kù)侖散射因子1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(3)假定：?jiǎn)未紊⑸潼c(diǎn)電荷，庫(kù)侖相互作用核外電子的作用可略靶原子核靜止（靶核重，晶體結(jié)構(gòu)牢固）1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(4)推導(dǎo)庫(kù)侖散射公式中心力角動(dòng)量守恒1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(5)

1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(6)

1-3-1庫(kù)侖散射公式的推導(dǎo)(7)

b~;b

;b

1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(1)粒子:b~b+db

~-d粒子:b~b+db圓環(huán)面積

~-d空心圓錐體

粒子打在環(huán)上的幾率?1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(2)靶(薄箔)厚t,面積A，數(shù)密度n，質(zhì)量密度環(huán)面積粒子打在環(huán)上的幾率1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(3)空心圓錐體的立體角~d1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(4)薄箔內(nèi)有許多環(huán):核~環(huán);薄箔體積:At;薄箔環(huán)數(shù):Atn

粒子打在Atn環(huán)上,散射角相同一個(gè)粒子打在薄箔上被散射到~-d

的幾率1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(5)N個(gè)粒子打在薄箔上測(cè)量到~-d的粒子數(shù)微分截面(盧瑟福公式)1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(6)微分截面的物理意義對(duì)于單位面積內(nèi)每個(gè)靶原子核,單位入射粒子,單位立體角內(nèi)的散射粒子數(shù)微分截面有面積的量綱,表示粒子散射到方向單位立體角內(nèi)每個(gè)原子的有效散射截面微分截面的單位:(m2/sr)(米2/球面度)截面的單位:靶恩(靶,b):

微分截面的單位:b/sr1-4盧瑟福公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證蓋革—馬斯頓實(shí)驗(yàn)

原子核大小的估計(jì)

1-4-1蓋革—馬斯頓實(shí)驗(yàn)(1)

同一(粒子源,

散射體)同一(粒子源,材料的散射體,散射角)同一(散射體,散射角)同一(粒子源,散射角,

nt)1-4-1蓋革—馬斯頓實(shí)驗(yàn)(2)蓋革—馬斯頓實(shí)