原子物理学(原子的位型卢瑟福原子模型_).ppt

原 子 物 理 学 第一章 原子的位型: 卢瑟福原子模型 第二章 原子的量子态: 玻尔模型 第三章 原子的精细结构: 电子自旋 第四章 多电子原子:泡利原理 第五章 X射线 第六章 原子核物理概论 ??????? 第一章 原子的位型: 卢瑟福原子模型 1-1 背景知识 1-2 卢瑟福模型的提出 1-3 卢瑟福散射公式 1-4 卢瑟福公式的实验验证 1-5 行星模型的意义及困难 1-1 背景知识 电子的发现 电子的电荷和质量 原子的大小 1-1-1 电子的发现 汤姆逊阴极射线实验 实验装置 阴极射线(C)?狭缝(A,B)?金属板(D,E)?荧光屏 D,E加电场 ? 射线P1 ? P2 ? 阴极射线带负电 再加磁场 ? 射线P2 ? P1 ? Hev=Ee ? v=E/H 去掉电场 ? 射线半径r ? mv2/r= Hev ? e/m=v/Hr 1-1-2 电子的电荷和质量(1) 密立根油滴实验 (1) 测得电子电量为：e = 1.6×10-19 C (库仑) ?电子质量 me = 9.1×10-31 kg 密立根首次发现了电荷的量子化 电荷只能是 e 的整数倍 若知H+(质子）的荷质比 ? 1-1-2 电子的电荷和质量(2) 密立根油滴实验 (2) 原子呈中性，原子中具有带负电的电子， ?必定有带正电的物质(对于氢原子，这 种带正电荷的物质称为质子) 原子 = 正电物质 + 负电物质 + 不带电物质 1-1-2 电子的电荷和质量(3) 原子质量单位 [u] 1[u] ≡ 1个12C 原子质量/12 原子质量 MA [u] = 原子量 [u] = A [u] 1-1-3 原子的大小 原子半径 一个原子体积 = = 一个原子的质量 / 原子质量密度 = ? 原子半径 r = 数量级：r ~ 10-10 m = 1 ? 1-2 卢瑟福模型的提出 原子正负电荷如何分布? ? 粒子散射实验 解释 ? 粒子散射实验 1-2-1 原子正负电荷如何分布? (1) 汤姆逊原子模型 正电荷均匀分布在整个原子球体内， 电子镶嵌在其中（同心球壳上）。 卢瑟福的核型结构模型 原子是由带正电的原子核和核外 作轨道运动的电子组成 1-2-2 ? 粒子散射实验(2) 实验结果： 绝大多数? 粒子散射角： ~ 2o - 3o 1/8000的 ? 粒子散射角： 90o 奇怪 相当于炮弹被一张纸反弹回来一样！ 1-2-3 解释 ? 粒子散射实验(1) 带正电物质散射（汤氏模型）(1) 原子的正电荷Ze对入射的 ?粒子(2e)产生的力 1-2-3 解释 ? 粒子散射实验(3) 带正电物质散射（汤氏模型）(3) 相对动量的变化 1-2-3 解释 ? 粒子散射实验(6) 带正电物质散射（汤氏模型）(6) ? 粒子对金的散射角 一次散射的散射角 重复散射也不会产生大角度 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向特别不会稳定地朝某一方向散射 汤姆逊原子模型与实验不符! 1-3 卢瑟福散射公式 库仑散射公式的推导 卢瑟福公式的推导 1-3-1 库仑散射公式的推导(1) 远离靶核的入射能量E,电荷Z1e的带电粒子与电荷Z2e的靶核散射 1-3-1 库仑散射公式的推导(2) 库仑散射公式 1-3-1 库仑散射公式的推导(3) 假定： 单次散射 点电荷，库仑相互作用 核外电子的作用可略 靶原子核静止（靶核重，晶体结构牢固） 1-3-1 库仑散射公式的推导(4) 推导库仑散射公式 1-3-1 库仑散射公式的推导(5) 1-3-1 库仑散射公式的推导(6) 1-3-1 库仑散射公式的推导(7) 1-3-2 卢瑟福公式的推导 (1) 粒子: b ~ b + db ? ? ~ ? - d? ?粒子:b~b+db 圆环面积 ? ? ~ ?-d?空心圆锥体 1-3-2 卢瑟福公式的推导 (2) 靶(薄箔)厚t, 面积A，数密度n，质量密度? 环面积 ?粒子打在环上的几率 1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3) 空心圆锥体的立体角 ~ d? 1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4) 薄箔内有许多环: 核 ~ 环; 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn ?粒子打在Atn环上,散射角? 相同 一个?粒子打在薄箔 上被散射到? ~ ? -d? 的几率 1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5) N个?粒子打在薄箔上测量到? ~ ? -d? 的粒子数 微分截面(卢瑟福公式) 1-3-2 卢瑟福公式的推导 (