高二物理競賽課件物理中原子的質(zhì)量和大小

物理中原子的質(zhì)量和大小

2023/8/72物理中原子的質(zhì)量和大小1.原子的質(zhì)量2.阿伏伽德羅定律3.原子的大小4.電子的發(fā)現(xiàn)2023/8/73原子的基本狀況

科學(xué)的發(fā)展證實了原子的存在，但是并不是如同古人所想象的那么簡單且是不可分割的，而是有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運動，并且是可以擊破的。

各種物質(zhì)都是由元素組成的，原子是元素的最小單元。各種元素的原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是有區(qū)別的，即存在不同類型的原子，并且有各自的結(jié)構(gòu)和特性。

但是各種不同的原子也具有共性，都可被擊破，同時擊破后各種原子的組成成分是相同的，都是幾種基本的粒子。

原子物理學(xué)的任務(wù)就是要研究這幾種基本粒子是如何構(gòu)成各種各樣、具有各種元素特性的原子的。2023/8/74一、原子的質(zhì)量1、原子的絕對質(zhì)量：一百多種元素的原子，其質(zhì)量各不相同。質(zhì)量最輕的氫原子：1.673×10-27kg含量最豐富的碳原子：1.994×10-26kg原子質(zhì)量的數(shù)量級：10-27kg---10-25kg2、原子的相對質(zhì)量---原子量：

由于各種不同原子的質(zhì)量都很小，所以在物理和化學(xué)上經(jīng)常采用相對質(zhì)量---原子量來描述。如何定義？2023/8/75原子質(zhì)量單位u：自然界中最豐富的一種元素12C的質(zhì)量的1/121u=1.994×10-26kg/12=1.661×10-27kg

原子量A：其中：A是原子質(zhì)量的相對值，MA是原子質(zhì)量的絕對值。根據(jù)質(zhì)能關(guān)系，也用能量單位表示質(zhì)量。原子量物理意義：代表一摩爾原子以克為單位的質(zhì)量數(shù)。2023/8/76二、阿伏伽德羅定律：

1811年，意大利物理學(xué)家阿伏伽德羅提出：一摩爾任何原子所含原子的數(shù)目都是一樣的，這個常數(shù)稱為阿伏伽德羅常數(shù)。

由于1mol元素的質(zhì)量為該元素的原子量A(g)，所以NA是物理學(xué)中很重要的常數(shù)，它是聯(lián)系微觀物理學(xué)和宏觀物理學(xué)的紐帶，它將微觀量和宏觀量聯(lián)系起來。關(guān)于這一點，在以后的學(xué)習(xí)中大家會逐步體會到的。

由于對任何微觀世界物理量的測量都是在宏觀世界進行的，因此都必須借助于NA；NA之巨大說明微觀世界之細小。所以NA的精確測量很重要。2023/8/77NA的測量方法很多，在此介紹一種較早的測量方法。1838年，偉大的英國物理學(xué)家法拉第在總結(jié)大量實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定了法拉第電解定律：任何一摩爾單價離子永遠帶有相同的電量F(法拉第常數(shù))經(jīng)實驗測定，F(xiàn)的值為：結(jié)合阿伏伽德羅定律可知：(e為電子電量)測出e，就可以求出由此可以看出：確實將宏觀世界觀測量F與微觀電量e聯(lián)系起來了。目前認(rèn)為最精密的數(shù)值為2023/8/78

三、原子的大小將原子看作是半徑為r的球體,其體積為,則一摩爾原子占體積為其中：是原子質(zhì)量密度，單位為

原子的半徑為另外課本還介紹了兩種估計原子半徑的方法。（1）從各種不同方法估計同一種原子的半徑所得結(jié)果所得數(shù)值可能有些出入，但是數(shù)量級是相同的。（2）各種原子的半徑是不同的，但都具有相同的數(shù)量級，都是2023/8/79四、電子的發(fā)現(xiàn)1897年湯姆遜從如右圖放電管中的陰極射線發(fā)現(xiàn)了帶負(fù)電的電子,并測得了e/m比。工作原理：加電場E后，射線偏轉(zhuǎn)，

陰極射線帶負(fù)電。

再加磁場H后，射線不偏轉(zhuǎn)，

去掉電場E后，射線成一圓形軌跡，

求出荷質(zhì)比。

2023/8/7101910年密立根用油滴做實驗發(fā)現(xiàn)了電子的電量值為

e

=1.602×10－19（C）

從而電子質(zhì)量是

me=9.109×10－312=5.487×10－4u特別重要的是密立根發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的，即任何電荷只能是e的整數(shù)倍。e是任何客體能攜帶的最小電荷量。

電子的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它說明原子并非“不可分割”的，其必然存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)，人們必將沖破千百年來認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小單元的陳舊觀念，而去了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)的更深層次。因此這一發(fā)現(xiàn)連同X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)，極大的震動了經(jīng)典物理學(xué)，把物理學(xué)帶到了偉大變革的邊緣，成為新物理學(xué)革命的前奏曲。2023/8/711至今我們已經(jīng)知道：原子中存在電子，它的質(zhì)量只是整個原子質(zhì)量的極小的一部分，電子帶負(fù)電。原子則是中性的，這意味著原子中還有帶正電的部分，它負(fù)擔(dān)了原子質(zhì)量的絕大部分。即原子由帶正電的部分和帶負(fù)電的電子構(gòu)成。那么問題出現(xiàn)：

在大約10-10m的范圍內(nèi)，帶負(fù)電、質(zhì)量很小的電子與帶正電的、質(zhì)量很大的部分在原子中是如何分布、如何運動的呢？這就是我們下面要討論的內(nèi)容。2023/8/712一、湯姆遜模型：1903年，湯姆遜提出，原子中正電荷和質(zhì)量均勻分布在原子大小的彈性實心球內(nèi)，電子就象西瓜里的瓜子那樣嵌在這個球內(nèi)，這種模型被稱為“西瓜模型”