原子物理课件绪论第一章 原子的核式结构.ppt

一、原子物理的研究对象、内容、研究方法 研究对象 重 点 α粒子散射实验 库仑散射公式 卢瑟福散射公式 原子的核式模型。 § 1.1 背景知识 一、 电子的发现 二、 电子的电荷和质量 三、 阿伏加德罗常数 四、 原子的大小 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”。 e =110-19C， me =9.1093897×10-31kg。 §1.2 卢斯福模型的提出 一、汤姆逊原子模型 二、 粒子散射实验 §1.3 卢斯福散射公式 一、库仑散射公式 二、卢瑟福散射公式 二、卢瑟福散射公式的推导 实验并不能观测单个α粒子的散射过程。卢瑟福散射实验是将放射源在单位时间内放出的N个α 粒子均匀射向面积为A的靶面上，经核库仑力一次散射在θ方向上，其中有dN个α粒子散射在θ～θ+dθ圆锥壳内，并被接收探测，所以可测量是dN/N百分比或几率（见图） §1.4 卢瑟福公式的实验验证 一、盖革-马斯顿实验 二、原子核大小的估计 §1.5 行星模型的意义及困难 一、意义 二、困难 散射在θ1~θ2 的α粒子数为 (1) 在同一? 粒子源和同一散射物的情况下 1、卢瑟福散射公式的结论 一、盖革-马斯顿实验 (3) 用同一个散射物，  在同一个散射角， (4) 用同一个?粒子源，在同 一个散射角，对同一Nt值， (2) 用同一?粒子源和同一种材料的散射物，在同一散射角， ( a) 侧视图 (b) 俯视图 R:放射源 F:散射箔 B:圆形金属匣 S:闪烁屏 A:代刻度圆盘 C:光滑套轴 T:抽空B的管 M:显微镜 实验装置和模拟实验 2、盖革-马斯顿实验 —证明了卢瑟福公式的正确性 1913年盖革－马斯顿实验，结果表明理论分析结果都与实验结果吻合。 1902年查德维克 。 二、原子核半径的估算 实验表明，α粒子确实在原子的整个带正电的库仑力作用下运动，即α粒子仍然在原子核外面， α粒子达到离原子核最小距离rm，就是原子核的半径上限。 1、设α粒子与原子核对心碰撞，由能量守恒得 大角散射不可能在汤姆逊模型中发生,散射角大于3°的比1%少得多；散射角大于90°的约为10-3500. 必须重新寻找原子的结构模型。 解决方法：减少带正电部分的半径R，使作用力增大。 困难：作用力F太小，不能发生大角散射。 正电荷集中在原子中 心 结论 三、原子核式结构模型—卢瑟福模型 原子序数为Z的原子的中心,有一个带正电荷的核(原子核),它所带的正电量Ze ,它的体积极小但质量很大,几乎等于整个原子的质量,正常情况下核外有Z个电子围绕它运动。 设入射粒子为α粒子，在推导库仑散射公式之前，我们对散射过程作如下假设： 1.假定只发生单次散射。 2.假定粒子与原子核之间只有库仑力相互作用； 3.忽略核外电子的作用。 4.假定原子核静止。这是为了简化计算。 散射现象只有当α粒子与原子核距离相近时，才会有明显的作用，所以发生散射的机会很少； 这是由于核外电子的质量不到原子的千分之一，同时粒子运动的速度比较高，核外电子对散射的影响极小，所以可以忽略不计； 一、库伦散射公式 库仑散射：动能为EK 的α粒子从无穷远以瞄准距离b射向原子核；在核库仑力作用下，偏离入射方向飞向无穷远。出射与入射方向夹角θ称散射角。 库伦散射公式 瞄准距离b：入射粒子与固定散射体无相互作用下的最小 直线距离。 初态：α 粒子从无限远来。 末态：α 粒子经库仑力作用后又飞向无穷远。 初末状态机械能守恒，动量守恒，角动量守恒。 初末速度矢量图 对α粒子,由牛顿第二定律可得: 即 因为F 为有心力,对离心O 的力矩为 0 ,所以α粒子对原子的角动量守恒, 即 故(2)式可改写为 两边同时积分有 对左式 初末速度矢量图 因为库仑力是保守力,系统机械能守恒,取距原子核无限远处势能为0,则有 其中 设 方向上单位矢量为 ,则有 另一方面 可得 把(6),(7),(8)三式代入(5)式得 系统角动量守恒，所以 代入(9) 可得 其中 ——库伦散射公式 上式反应出b和?的对应关系： 3.一些讨论 a. 库仑散射公式只在库仑力作用下才成立，在小角度散射下,当α粒子进入原子中时,由于内层电子对核的屏蔽作用,这时α粒子感受到非库仑力的作用,上公式不再