原子核式模型

主要参考书一、徐克尊等〔中国科大〕，?近代物理学?二、杨福家〔复旦大学〕，?原子物理学?，上海科学技术出版社三、褚圣麟〔北京大学〕，?原子物理学?，高等教育出版社原子物理学1.课程内容纲要1、Rutherford模型2、Bohr原子模型3、量子力学初步4、电子的自旋，原子的能级与光谱的精细结构5、核外电子的壳层结构6、X射线2.原子是物质结构的一个层次3.古代原子学说古代物质结构观

可以无限分割，物质是连续的一尺之棰，日取其半，万世不竭----------庄子物质是连续的，可以无限地分割-------亚里士多德不可无限分割，存在最小的结构单元“端，体之无序最前者也。〞——?墨子?。序：次序、大小；最前：最初始的。端是物质的最小结构单元。ατομα，希腊文“不可分割的〞——德谟克利特。atom，旧译“莫破〞，即原子。原子是最小的实体，万物由原子和虚空组成，原子不可分不可变。原子是带钩和角的，相互之间靠机械的嵌合结合4.近代原子观的建立起始于对物质化学性质的研究1807年，JohnDalton(1766–1844)〔英〕：倍比定律，提出原子论。1811年，AmedeoAvogadro(1776–1856)〔意〕：分子理论。1869年，Менделеев〔俄〕：元素周期律。5.原子物理时代的序曲X射线的发现：1895年放射性的发现：1896年电子的发现：1897年放射性元素镭、钋的发现：1898年6.原子是物质结构的一个层次，介于分子和原子核之间。原子本身也是有结构的。1911年Rutherford原子核式结构模型1913年Bohr原子量子理论解释氢光谱1924-1927量子力学诞生比以前更好地解释了原子现象现代原子学说7.一.电子的发现电子的发现并不是偶然的，在此之前已有丰富的积累。1833年，法拉第〔M.Faraday〕提出电解定律，1mol任何原子的单价离子永远带有相同的电量-即法拉第常数。1874年，斯托尼〔G.T.Stoney〕指出原子所带电荷为一个电荷的整数倍，斯托尼提出，用“电子〞来命名这个电荷的最小单位。1897年，汤姆逊〔J.J.Thomson〕通过阴极射线管中电子荷质比的测量，确定了电子的存在。卢瑟福核式模型1859年，普吕克发现了阴极射线，发现真空放电管中阴极射线在电场、磁场中的偏转8.1897年，剑桥大学，卡文迪许实验室，J.J.Thomson测得阴极射线速度比光速小2个数量级测出了阴极射线的荷质比：e/me，注意到〔e/me〕>1000〔eH/mH〕，阴极射线不是离子束。这种粒子是各种元素的原子都有的，共同的，是物质的一个组成局部SirJosephThomon1856-19401897年发现电子9.AP1P2OP阴极射线实验装置示意图LlB+-E10.1899年，Thomson利用云雾室测量和11.1909年，Millikan油滴实验精确测定Millikan油滴实验测出单个电子的电荷12.J.J.Thomson(1856-1940)inrecognitionofthegreatmeritsofhistheoreticalandexperimentalinvestigationsontheconductionofelectricitybygases

TheNobelPrizeinPhysics1906TheNobelPrizeinPhysics1923forhisworkontheelementarychargeofelectricityandonthephotoelectriceffectR.Millikan(1868-1953)13.原子中存在一定数量的电子，带负电。原子电中性，必定带有相同电量的正电荷，承担了绝大局部质量。正电局部和电子如何分布和运动的呢？14.汤姆逊(Thomson)发现电子之后,对于原子中正负电荷的分布他提出了一个模型：原子中带正电荷的局部均匀分布在整个原子空间,电子镶嵌在其中。原子的模型之Thomson原子模型同时该模型还进一步假定，电子分布在别离的同心环上，每个环上的电子容量都不相同，电子在各自的平衡位置附近做微振动。可以发射电磁辐射，而且各层电子绕球心转动时也会发光。这对于解释当时已有的实验结果、元素的周期性以及原子的线光谱，似乎是成功的。Thomson模型的失败：与α粒子散射实验结果不符合。葡萄干布丁模型或西瓜模型15.“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样〞E.Rutherford(1871-1937)1909年，Geiger和Marsden发现粒子经原子散射后散射角大于的概率约为1/8000，甚至达到180

粒子散射实验真空室粒子源散射箔抽气管闪烁计数器α粒子源铂箔Geiger计数器俯视图化学奖16.Thomson模型大于90度角散射概率估算电子的质量很小，对α粒子〔2e)运动的影响可以忽略；只考虑原子中均匀分布的正电荷对α粒子的影响17.对铂〔Pt〕，Z=78，取Eα=5MeV1微米厚，屡次散射18.α粒子散射实验否认了汤姆逊的原子模型，根据实验结果，卢瑟福于1911年提出了原子的核式模型。

原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部的正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围。卢瑟福核式模型19.T模型R模型易穿过原子，只能发生小角度散射。距核愈近力愈大，可能被大角度散射。Thomson原子模型

Rutherford核式模型20.具有确定能量的一

粒子均匀入射，研究散射

粒子的角分布瞄准距离散射角粒子反射2、卢瑟福散射公式

只要考虑

粒子与原子核的相互作用21.有心力作用，粒子对原点〔原子核〕的角动量守恒在y方向动量的改变22.库仑散射公式23.以瞄准距离b入射的粒子经原子核散射后沿θ方向出射，b越大，θ越小。点到点24.瞄准距离在b和b-db间的入射α粒子束，都被散射到θ与θ+dθ间的立体角内〔空心圆锥立体角〕Rutherford散射公式〔大量α粒子对大量靶原子的散射〕25.瞄向dσ的α粒子都被散射到dΩ立体角内，瞄向dσ的α粒子越多，被散射到dΩ立体角内的α粒子越多dσ被称为有效散射截面，或微分截面。微分散射截面公式面到点26.靶：很薄的金属箔，核不相互遮掩，入射粒子最多被散射一次。面积为A，厚度为t，单位体积所含原子数为N总原子数为:散射到dΩ立体角内的α粒子数为:Rutherford公式面到面27.实验中，探测器对散射粒子所张的立体角是常数α粒子源铂金膜Geiger计数器由实验条件给定的参数(n,E,N,t,Z)，就可以给出理论预期的值28.3、散射公式讨论：盖革和马斯登验证了前三个结论查德威克验证了第四个结论29.关于小角散射的问题原因：小角散射对应于较大的瞄准距离b。此时入射的粒子从原子外通过，与原子无库伦相互作用，讨论单原子的微分散射截面已无意义。靶原子之间互不屏蔽的假设不成立。小角度散射是屡次散射的结果。30.5．原子核大小的估计卢瑟福公式成立前提下，愈大，估计愈准确。rm：α粒子可以到达的与核的最小距离由能量