近代物理-与原子核

一、光谱氢原子光1뺮电磁波谱뺮光谱和光谱分0.77微米䩜内2뺮氢原子光谱实3뺮氢原子光 뻛2뻜光谱分뻛3뻜巴耳末公1R(11

n3, 4뺮氢原子光谱的实验规二、原子结1뻡历史上典型的原子结构模型汤姆孙뻛Thomson뻟英国뻟1856～1940뻜的枣糕模玻尔뻛Bohr뻟丹麦,1886뻠1962뻜的原子模型뺯2뻡原子核式结뻛2뻜实验现象샼绝大部分α粒子穿过金箔后沿原方向进行샽少数α粒子发生大角度偏转뻟极少数α粒子的偏转角超过了90度뻟个别的甚샾原子的原子序数越大뻟大角度偏转几率越大뻛3뻜内容 뻛4뻜经典理论解释原子光谱规律3뻡玻尔的原子模뻛1뻜三个假设샾轨道假设뻭电子绕核作圆周运动时뻟不同的뺮可能的稳定态hν|En−Em|是由电子的角动量L来决定的뻟处于稳定态中的电的角动量应为

L=n =n~,n=1,2,3,··뻛2뻜由假设推导原子的轨道和能샼轨道量子化

=n2r1=n2 4π2kmZe1kZe2 1

2π2k2mZ2e4샽能量量子化뻭En=

= E1= −

뻛3뻜玻尔理论对氢原子光谱的解对于氢原子뻭z=1뻟所以有 r1=

=5.29×10−11

뻛称为玻尔半径 E1=

=−13.6eV

容易得出뻭E2

1E1=−3.4eV,

E3

1E1=−1.51eV,·· h(m2.n2各种氢原子的光谱뻛如下图所示 4뺮氢原子中的电子三、原子1뻡原子核的组成뺮原子核的量뻛1뻜核子뻛质子与中子뻛2뻜原子核的表示

ZX뻛质量数或核子数뺮核电荷数或质子数原子核的量级뻭10152뻡天然放射现 뻛2뻜放射线 α衰变뻭通式为뻟AX4HeA-4 Z-

例如뻭238U4He234β衰变뻭通式为AX AY+0e

例如뻭234Th234Pa0e n→p+e+

–衰变方程뻭 m0

–뻟 n0 衰变的快慢由核内部本身的因素决定뻟跟原子所处的物理或化学状态无关4䩡核反应䩭裂变和聚变(1)裂变䩭重 链式反应䩭铀核裂变时总要释放出2～3个中子，这些中子又引起其他的铀核235U+1n→141Ba+92Kr+ 䩛2䩜聚变䩭轻核组成质量较大的核，同时释放大量的能量 뻜质量数守恒和电荷数守恒뻛说明뻭质量数守恒不是质量守恒Emc2뻛式中Δm为质量亏损 (1)威耳孙云 J¼ûrSZǺǪȯȽ©SZȹ ƿǺǪŤGŭÉǺWÁĈûDõãŻǒŴxVGɜ¼ûƿ&LǺǪUƿƻûȯȽ©&LƿǺǪUŤĠWÁĈûGǶŨĉǂĤƿǺɖȵlDZ& ǺǪUƿƻûGaǺǻǑ¼ûGɂSƱȦÇ;ƄřĤ<IvɂǒŠĩǻǑd¼ûƿƻûÇƄƻûIęLJɜ¼ûƿǺǪĩÉǞ´ȋǏ

Gĩ[& GGG=ȋǏWÎǺǪ ŨƆƿęLJĝśIUɆƄƻûƿ¯ǺŨE 311

713JõáňǏGŭƼ²ĮǎåƿǎŃĤĮĦ]GµêȮïðGŠÐèǁgǫɫÐɔGǁȕçŽǥ+',ƿ,ȷ]ǎåƿĔȻƼG]ßāã+ȷUƿSZŘĈƢGȏɟƀEƗDžXŠÐɓŘSZ1ǣûÏȌÄŅƍ

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例3䩭试用汤姆生模型估算α粒子散射的最大偏角取a粒子的入射速度v0＝1×107米䩢秒，原子半径R=10-10米，金原子的正电量 ȖȞ¼ûƿ¶Ĵ]RGƻɖQZ=ZeGæ²£ěgŜZ¼ûIįαǣûã¼ûŤGÜŜZ¼ûÓƻ[ľǶWÃDįαǣûɃ¼ûX[ĺǂȰ]rŤpé¶Ĵ]rƿɂɐ£ ƻȅƿƹEõáFGɂɐ£Ƴƿƻɖ]J33Q 4r3r 33 4 3ƺģsāĶķǂjŝJFk kQZqr ¹XǑĨ[ĺƿȰǑrŅƆƊȞαǣûƿĈ¯ɖ]mv0Gé¼û[ƆƻȅƿɖÏ¡Ĉ¯ɖ]mvGĪȫƿ¯ɖÄ´]ΔmvEõáFIũƩGįƆƻȅƿŝɖŠÐE¹ΔmvƿŠÐFèǁĈ¯ɖmv0ƿŠÐŤGαǣûÁƸȵƿȕθŬðIƺátan1mvtan1 Ü]αǣûĈмûŤÉǺéƿŬðŝ]αǣûǚȭ¼ûŤÉǺƿŬɠŤɢ]JĉFmÕtmuȕθƿȋȼĩ¹É{ǠķŬðkQZq

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1

tan1 ÂαǣûƿĈɋĦv0L1×107m/sG¼û¶ĴR=10-10mGɗ¼ûƿƆƻɖQZZeL79×1.6×10-19CGαǣûƿƻɖqaL2e=3.2×10-19CGȨɖm=6.64×10-27kguȘǠķαǣûÉǺÁƸƿŬðȕp]θM=4/GXĂɲ[ÁƱðg90ºƿŚĈ ȕƿǯŹǂėƷɄIɂSşƿĂɲeĂXţƂéƿčɞdžǃGÈظƶǐ½ħǛşƿ¼ûƂéGĠɊȾƣÜƘ§Ş¡¼û[üãDžĖðƿƻGrǶıŅşƂéƿȆǿ䩛2䩜试求氢原子结合能ΔE与R1șKE1FƽýdzƐƂƘ¸Ķ^R1ǁäÖɂ°GŊɬÒļ®Ƽĥt®4

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3.3107m/sGƓƂǁŮòɎĨ^L N4.5106m/Hělj % ȧƃŒžĻüNjǛGDZɁŕƶțǣGȢŧºƸǒǁ;ɰȚ<ŪƈǎǁH为m，速度为v0，氢核的质量为mH，最大速度为vH，并认为氢核在打出前为静止mv0mv1mv21

1m

其中v是碰