原子物理第一章精要.ppt

讨论：当 时， 达到最小值； 时，就是两体在斥力场中对心碰撞时能靠近的最小距离。 结论：如果当 时卢瑟福公式仍然成立，则散射体的原子核线度的上限就是a ；显然，当入射粒子的能量增大时，a 减小，对原子核大小的估算就越接近事实。 理论和实验研究都表明，原子核半径数量级在 范围，而原子半径数量级是 ，所以原子核在原子中是很小的。 原子核 电子 卢瑟福原子模型 原子的组成及结构 卢瑟福手迹 三、关于小角处的卢瑟福公式 当 角很小时 当 非常小时 不可能！ 在小角度（即大的碰撞参数）情况下，前面提到的卢瑟福公式中关于 粒子只受原子核作用的假设就不成立。当b 达到原子的大小时，由于原子呈电中性，库仑散射就不会发生。因此，在小角度时，不考虑核外电子屏蔽效应的卢瑟福公式不再正确。小角度散射必然是多次小角散射共同作用的结果。 四、 处的卢瑟福公式 实验结果表明，在散射角为180度附近很小的范围内，卢瑟福公式是不适用的。 对 粒子散射实验的回顾及说明 在理论的推演中还包含着两个假定 金属箔中原子核前后不互相遮蔽，总截面等于单个原子的散射截面乘以原子数 通过金属箔粒子只经过一次散射 金属箔横截面示意图 原子核与原子半径之比最多是 ，原子核很小，核间的空间很大如图所示 原子核很小，核间的空间很大，多次接近原子核的机会不大。有大角散射存在的情况下，小角散射相互抵消，可以不计，一次散射理论可以适用。 §1.5 行星模型的意义及困难 一、意义： 1、最重要意义是提出了原子的核式结构，即提出了以核为中心的概念 2、?粒子散射实验为人类开辟了一条研究微观粒子结构的新途径。 3、?粒子散射实验还为材料分析提供了一种手段。 二、困难 1、原子稳定性问题 2、原子同一性问题 3、原子再生性问题 电子绕核作加速运动 辐射电磁波 原子崩塌 三、对困难1的定量估计 假定电子绕核作圆周运动，由库仑力提供向心力 角动量为 则电子速度 则其加速度为 按照经典电动力学，单位时间内辐射的能量为 假如使电子的动能耗尽所需要的时间为 ，则 则 再根据 则 其中 称为电子的经典半径。如果取 ，Z=1 ，则电子绕核运动落入核内所需要的时间为 —— 卢瑟福模型的致命弱点！ 很明显，这些困难都是因为采用经典理论来解释时遇到的。它对于对微观体系不适用。 以上事实说明了从宏观现象而确立的经典理论，不能适用于原子中的微观过程，因而需要进一步分析原子现象，探索原子内部的规律性并建立适合于微观过程的原子理论。 需要进一步学习原子的量子态，即玻尔模型。 §1.6 小结 电子的发现 卢瑟福模型的提出（ 粒子散射实验） 卢瑟福散射公式（重点） 卢瑟福模型的困难 卢瑟福公式的实验验证 作业：P30 1-3，1-5，1-6 “在我年轻时，我观察过 粒子的散射，并且盖革博士（助手）在我的实验室中仔细地研究了它。他发现在重金属薄片中 粒子的散射一般是微小的，约一度左右。有一天盖革走过来对我说，‘你是否认为跟我搞放射性方法的年轻人马斯登应该开始作一点研究？’我说，为什么不让他查看一下是否 粒子能有大角度的散射？’。。。” ……卢瑟福 粒子散射应当与原子内部正电荷分布情况相关！ 当 粒子受金属箔散射后发现： （3）极少数 粒子（约有1/8000）偏转角超过了 （1）绝大多数 粒子只有 — 的偏转，也就是仍按原来 的方向前进 （2）有少数的 粒子发生了较大的偏转 （4）有的甚至被弹回，偏转角几乎达到了 大角散射是值得注意的现象！ “……然后，我记得是在两三天以后，盖革十分兴奋地跑来告诉我，‘我们已经能够看到某些散射粒子向后方跑出来了……’那直是我一生中从未有过的最难以置信的事件，它几乎就象你用15吋的炮弹射轰击一张薄纸，结果炮弹返回来击中了你那样也令人难以置信！” ……卢瑟福 1、用汤姆逊模型分析的实验结果 当 粒子接近原子时，如距原子中心的距离 ，则受原子正电荷的斥力 ，到达球面时是 ；当 时，粒子受力随r的减小而线性地减小趋于零， 粒子受原子最大的力