物理量子化學(xué)

物理量子化學(xué)第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日第一章原子的位型:盧瑟福原子模型

1-1背景知識1-2盧瑟福模型的提出1-3盧瑟福散射公式

1-4盧瑟福公式的實驗驗證1-5行星模型的意義及困難

第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-1背景知識電子的發(fā)現(xiàn)電子的電荷和質(zhì)量原子的大小第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日湯姆遜陰極射線實驗實驗裝置陰極射線(C)狹縫(A,B)金屬板(D,E)熒光屏D,E加電場射線P1

P2陰極射線帶負(fù)電再加磁場射線P2

P1

Hev=Eev=E/H去掉電場射線半徑r

mv2/r=Heve/m=v/Hr

1-1-1電子的發(fā)現(xiàn)第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-1-2電子的電荷和質(zhì)量(1)密立根油滴實驗(1)測得電子電量為：e=1.6×10-19C(庫侖)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 第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-1-2電子的電荷和質(zhì)量(2)密立根油滴實驗(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)第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日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12C原子質(zhì)量/12原子質(zhì)量MA

[u]=原子量[u]=A[u]

第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-1-3原子的大小原子半徑

一個原子體積=

=一個原子的質(zhì)量/原子質(zhì)量密度=

原子半徑

r=

數(shù)量級：r~10-10m=1?第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-2盧瑟福模型的提出原子正負(fù)電荷如何分布?粒子散射實驗解釋粒子散射實驗第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日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動的電子組成第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-2-2粒子散射實驗(1)實驗裝置第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-2-2粒子散射實驗(2)實驗結(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一樣！第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-2-3解釋粒子散射實驗(1)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(1)原子的正電荷Ze對入射的粒子(2e)產(chǎn)生的力Rr原子半徑第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(2)正電荷Ze對粒子(2e)的最大力散射角動量的變化~力乘以粒子在原子度過的時間2R/v1-2-3解釋粒子散射實驗(2)p’p第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-2-3解釋粒子散射實驗(3)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(3)相對動量的變化R第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-2-3解釋粒子散射實驗(4)帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(4)粒子對金的散射角一次散射的散射角重復(fù)散射也不會產(chǎn)生大角度

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

湯姆遜原子模型與實驗不符!

Z=79第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3盧瑟福散射公式庫侖散射公式的推導(dǎo)

盧瑟福公式的推導(dǎo)

第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(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)散射角第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(dǎo)(2)庫侖散射公式庫侖散射因子第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(dǎo)(3)假定：單次散射點電荷，庫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）第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(dǎo)(4)推導(dǎo)庫侖散射公式中心力角動量守恒第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(dǎo)(5)

第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(dǎo)(6)

第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-1庫侖散射公式的推導(dǎo)(7)

b~;b

;b

第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日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?第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日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)上的幾率第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(3)空心圓錐體的立體角~d第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-2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,散射角相同一個粒子打在薄箔上被散射到~-d

的幾率第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(5)N個粒子打在薄箔上測量到~-d的粒子數(shù)微分截面(盧瑟福公式)第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-3-2盧瑟福公式的推導(dǎo)(6)微分截面的物理意義對于單位面積內(nèi)每個靶原子核,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/sr第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-4盧瑟福公式的實驗驗證蓋革

—馬斯頓實驗

原子核大小的估計

第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-4-1蓋革

—馬斯頓實驗(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)第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-4-1蓋革

—馬斯頓實驗(2)蓋革

—馬斯頓實驗證實了上述規(guī)律第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-4-2原子核大小的估計(1)第三十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1-4-2原子核大小的估計(2)求解