第一章原子的核式结构(2015).ppt

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=1.602176487×10-19 C， m=910-31kg。 九、?粒子散射实验的意义 及卢瑟福模型的困难 * 第一章 原子的核式结构 内容： 1、汤姆孙原子结构模型 2、原子的核式结构 3、卢瑟福散射理论 4、原子的组成和大小 5、卢瑟福核式结构的意义和困难 重点：原子的核式结构、卢瑟福散射理论 §1.1 汤姆孙原子结构模型 一　电子的发现 1897年，汤姆逊通过阴极射线管的实验发现了电子，并进一步测出了电子的荷质比:e/m 汤姆逊被誉为:一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人. 图１汤姆逊正在进行实验 图2 阴极射线实验装置示意图 加电场E后，射线偏转， ? 阴极射线带负电。 再加磁场H后，射线不偏转，? 　　? 　　　。 去掉电场E后，射线成一圆形轨迹， ? ? 　　　　 求出荷质比。 　微粒的荷质比为氢离子荷质比的千倍以上?阴极射线质量只有氢原子质量的千分之一还不到 ?电子 质量最轻的氢原子：1.673×10-27kg 原子质量的数量级：10-27kg—10-25kg A：以克为单位时，一摩尔原子的质量。 N0: 阿伏加德罗常数。(6.022?1023/mol) 原子的半径－ 10-1０ m（0.1nm） 1890年，曼彻斯特大学物理学教授A.休斯脱（Schuster，1851-1934）就曾研究过氢放电管中阴极射线的偏转，并且算出构成阴极射线微粒的荷质比为氢离子荷质比的千倍以上。但他不敢相信自己的测量结果，而觉得“阴极射线质量只有氢原子质量的千分之一还不到”的结论是荒谬的；相反他假定阴极射线粒子的大小与原子一样，而电荷比氢离子大。 1897年德国W.考夫曼（Kaufman，1871-1947）做了类似的实验，他测到的远比汤姆逊的要精确，与现代值只差1%，他还观察到了e/m值随电子速度的改变而改变 ，爱因斯坦1905年在相对论中预言），但是，他当时没有勇气发表这些结果：他不承认阴极射线是粒子的假设。直到1901年，他才把结果公布于世。 二、 汤姆逊原子模型－西瓜模型 1903年英国科学家汤姆逊提出 “葡萄干蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型－原子中正电荷和质量均匀分布在原子大小的弹性实心球内，电子就象西瓜里的瓜子那样嵌在这个球内。 　　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。 §1.2 原子的核式结构 (卢瑟福模型) 一　盖革－马斯顿实验 ( a) 侧视图 (b) 俯视图。R:放射源；F:散射箔；? S:闪烁屏；B:金属匣 α粒子：放射性元素发射出的高速带电粒子，其速度约为光速的十分之一，带+2e的电荷，质量约为4MH。 散射：一个运动粒子受到另一个粒子的作用而改变原来的运动方向的现象。粒子受到散射时，它的出射方向与原入射方向之间的夹角叫做散射角。 实验结果： 1.绝大多数α粒子散射角很小(小于2°)， 2. 约1/8000 α粒子散射角大于90°；极个别的散射角等于180°。 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－卢瑟福的话 二　汤姆逊模型的困难 近似1：粒子散射受电子的影响忽略不计，只须考虑原子中带正电而质量大的部分对粒子的影响。 当rR时，原子受的库仑斥力为： 当rR时，原子受的库仑斥力为： 当r=R时，原子受的库仑斥力最大： 近似2：只受库仑力的作用。 粒子受原子作用后动量发生变化： 最大散射角： 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。 　 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。 三　卢瑟福的核式模型 卢瑟福的核式结构模型能定性地解释α粒子散射实验。 1．库仑散射公式 四、卢瑟福散射理论 上式反应出b和?的对应关系。b小， ?大； b大，?小 假设：a.忽略电子的作用 ,b.粒子和原子核看成点电荷(仅库仑力), c. 原子核不动,d.只发生单次散射 要得到大角散射，正电荷必须集中在很小的范围内，?粒子必须在离正