第一章 原子的位形2011.ppt

§1.1 背景知识 电子的发现 1833年，法拉第电解定律推出：1mol任何原子的单价离子永远带有相同的电量，这个电量就是法拉第常量F。由此推断：电荷存在最小的单位，e=F/NA。 1881年，斯通尼提出，用“电子” 来命名这一电荷的最小单位，并用阿佛加德罗常数推算出这一基本电荷的近似值。 电子的发现直接与阴极射线的研究有关。阴极射线是低压气体放电过程出现的一种奇特现象。 1858年,德国物理学家普吕克尔(Julius Plucker,1801 -1868)在观察放电管中的放电现象时，发现正对阴极的管壁发出绿色的荧光。 1876年，德国物理学家哥尔德斯坦（E.Goldstein）将这种由阴极发出的奇妙射线命名为“阴极射线”。阴极射线由什么组成? 1997年，J.J.汤姆孙真正从实验上确认了电子的存在。 计算e/m的另一方法 他所测得的电子束的速度达光速的7.3 %～12%,电子的质荷比m/e是氢离子的质荷比的1‰～1.5‰.可见,数量级的关系基本正确,但结果不够精确. 考夫曼同年也做了类似实验，而且其e/m值远比汤姆生的精确，与现代值只差1%他还发现e/m值随电子速度的改变而变化，但他当时没有勇气发表这些结果，他 不认为阴极射线是粒子流。 对于当电子速度大到3.6×107 m/s的情况下,电子的荷质比反而小，这一点直到爱因斯坦在1905年提出狭义相对论后，他才得知质量与速度的关系。 电子电荷的精确测定是在1910年由R.A.密立根（Millikan）作出的，即著名的“油滴实验”。他给出 现代测量值 e = 1.602176487(40)×10-19C， me = 945)×10-31kg。 密立根实验与电子的电荷 密立根实验是用显微镜观察电场中小油滴的运动，实验装置如下图所示. 从喷雾器出来的小油滴通过小孔到达平行板电容器中，电容器两端电压为V。 NA代表1 mol分子（原子）的分子（原子）数目 6.022 ×1023 阿氏常数是联系宏观和微观的一个物理量，它是从宏观量的测量导出微观量时的桥梁。 (4) 原子的大小 设某一种原子AX，A克X原子含有的原子数为NA，该原子的质量密度为ρ，则有 到此为止，我们已了解到，原子中存在电子，它的质量只是整个原子质量的很小一部分，电于是带负电的，而原子是中性的，那就意味着，原于中还有带正电的部分，它负担了原子质量的大部份。 原子中带正电的部分，以及带负电的电子，在大小约为埃的范围内是怎么分布、怎么运动的呢？ 该模型对原子发光现象的解释－电子在其平衡位置作简谐振动的结果，原子所发出的光的频率就相当于这些振动的频率。 用卢瑟福自己的话说 “这是我一生中从未有过的最难以置信的事件，它的难以置信好比你对一张白纸射出一发15英寸的炮弹，结果却被顶了回来打在自己身上。当我做出计算时会看到，必须把原子理解为集中大部分质量在体积微小的核上的系统，否则是无法得到这种数量级的任何结果的，这就是我后来提出的原子具有体积很小而质量很大的核心的想法。” 库仑散射公式的推导 由牛顿第二定律出发推导散射公式： 库仑散射公式的推导 由于库仑力是中心力，而中心力满足角动量守恒，即： 库仑散射公式的推导 对上式两边积分，得： 库仑散射公式的推导 由上，积分式可写为： 粒子散射理论 微分截面定义： 卢瑟福散射截面公式 （3）对?粒子散射实验的说明 卢瑟福公式不适用于小角散射，这时必须考虑核外电子屏蔽效应。 在180o处附近1o范围内实验测得的卢瑟福散射截面远大于卢瑟福公式给出的结果。为什么？ 实验值比理论值大出1～2倍，这一现象可用双原子模型解释，一个原子散射α粒子，另一个靠近箔表面的原子在α粒子散射之前和之后使其偏转。 §1.5 行星模型的意义及困难 小 结 一、电子的发现、汤姆逊原子模型 二、卢瑟福原子模型 三、 粒子散射实验及粒子散射理论 四、卢瑟福理论的实验验证 五、原子核半径的估算 六、对?粒子散射实验的说明 七、 行星模型的意义及困难 ( a) 侧视图 (b) 俯视图 B:圆柱形金属匣 R:放射源 F:散射箔 S:闪烁屏 M:计数显微镜 A:刻度盘 C:光滑套轴 T:抽气管 实验装置和模拟实验 模拟实验 模拟实验 1913年盖革－马斯顿用~5MeV的? 粒子实验，证实散射角在5°-150°范围内，前三个结论与实验相符。1920查德维克改进了实验，测定了几种原子的Z值结果与它们的原子序数相符，从而确立了原子的核式结构 角动量守恒定律 由上两式及库仑散射公式可得 (2) 原子核半径的估算 能量守恒定律 rｍ=3×10-14 m （金） rｍ=1.2 ×10-14 m