原子的核式结构精品文稿.ppt

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1、原子的核式结构原子的核式结构第1页，本讲稿共15页1903年年 J.J.汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子质量均匀地汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子质量均匀地分布在半径为分布在半径为10-10m的球体内，而带负电的电子则在这的球体内，而带负电的电子则在这个球体内游动。个球体内游动。这些电子能在它们的平衡位置上作简谐振这些电子能在它们的平衡位置上作简谐振动，观察到的原子所发光谱的各种频率就相当于这些振动的动，观察到的原子所发光谱的各种频率就相当于这些振动的频率。频率。为了解释元素周期表，汤姆逊还假设，电子分布在一为了解释元素周期表，汤姆逊还假设，电子分布在一个个环上：第一个环上只可放个个环上：第一

2、个环上只可放5个电子，第二个环上可放个电子，第二个环上可放10个电子个电子一、汤姆逊原子结构模型一、汤姆逊原子结构模型这种模型的特点：特别稳定，并在解释元素周期性方面确实取这种模型的特点：特别稳定，并在解释元素周期性方面确实取得一定的成功得一定的成功.第2页，本讲稿共15页 荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏显微镜显微镜显微镜显微镜 粒子粒子粒子粒子镭放射源镭放射源镭放射源镭放射源金箔金箔金箔金箔二、二、粒子散射实验粒子散射实验 粒子为氦核粒子为氦核速度轰击金箔。速度轰击金箔。以以c/15的的实验结果表明：绝大部分粒子经实验结果表明：绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小金箔散射后，散射角很小（23），但

3、有但有1/8000的粒子的粒子偏转角大于偏转角大于90 卢瑟福感到很惊奇，他说：卢瑟福感到很惊奇，他说：“就象一枚就象一枚15英寸的炮弹打在一张纸上英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样又被反射回来一样”，简直不可理解。卢瑟福经过严谨的理论推理之后，简直不可理解。卢瑟福经过严谨的理论推理之后，于于1911年提出了年提出了“核式结构模型核式结构模型”。第3页，本讲稿共15页这样的实验结果是不可能用汤姆逊模型给予解答的这样的实验结果是不可能用汤姆逊模型给予解答的.考虑两个外形、大小、电荷和质量相同的带电球体，其中一考虑两个外形、大小、电荷和质量相同的带电球体，其中一个球体的电荷密度均匀分布，另一集

4、中在球心。现用一带电个球体的电荷密度均匀分布，另一集中在球心。现用一带电粒子轰击这两个球体。粒子轰击这两个球体。汤姆逊模型中，不可能出现较大的相互作用力，而卢瑟福模型可以出汤姆逊模型中，不可能出现较大的相互作用力，而卢瑟福模型可以出现很大的作用力，可能使得入射离子反弹现很大的作用力，可能使得入射离子反弹.卢瑟福模型卢瑟福模型汤姆逊模型汤姆逊模型第4页，本讲稿共15页三、三、卢瑟福原子有核模型卢瑟福原子有核模型根据力学原理可证明根据力学原理可证明 粒子的运动轨迹粒子的运动轨迹是双曲线：是双曲线：其中：其中：b为瞄准距离，为瞄准距离，M为为 粒子的质量粒子的质量通过通过b为外半径、为外半径、b-d

5、b为内半径环形为内半径环形面积的粒子必定从面积的粒子必定从 和和+d 之间之间的空心圆锥中散射出去。的空心圆锥中散射出去。环形面积为：环形面积为：d=2 bdb第5页，本讲稿共15页用空心圆锥体的立体角用空心圆锥体的立体角d 代替代替d 得到：得到：这就是卢这就是卢瑟福散射公式瑟福散射公式。d d 就是就是 粒子粒子散射到散射到 和和+d 之间立体角之间立体角d 的的有效散有效散射截面，又称为微分截面射截面，又称为微分截面.第6页，本讲稿共15页如果有如果有n个个 粒子射到粒子射到A上，其中有上，其中有dn个散射到个散射到 和和+d+d 之间的之间的d d 中，这些肯定落在中，这些肯定落在d

6、上。上。卢瑟福方程改写为卢瑟福方程改写为将卢瑟福散射公式和实验所能观察的数据联系起来将卢瑟福散射公式和实验所能观察的数据联系起来.A为薄膜面积、为薄膜面积、t为薄膜厚度、为薄膜厚度、N为单位体积的原子数。为单位体积的原子数。原子总数为：原子总数为：总的有效散射面积为：总的有效散射面积为：设薄膜很薄，这些原子对射来的设薄膜很薄，这些原子对射来的 粒子粒子前后不互相遮蔽，前后不互相遮蔽，第7页，本讲稿共15页在实验上，往往是用测量荧光屏方向上在实验上，往往是用测量荧光屏方向上的小的立体角的小的立体角d 和粒子数和粒子数dn代替总的代替总的立体角立体角d d 和粒子数和粒子数dn的的.可以发现：可以

7、发现：等号的右边等于常数是对于同一等号的右边等于常数是对于同一 粒子源、同一散粒子源、同一散射物，左边的数值不随射物，左边的数值不随 的改变而改变的改变而改变.第8页，本讲稿共15页四、四、卢瑟福理论的实验验证卢瑟福理论的实验验证在同一在同一 粒子源和同一散粒子源和同一散射物的情况下射物的情况下从表中可以看到尽管从表中可以看到尽管dn相差很大，但是相差很大，但是 相差不相差不大，可见理论对大角大，可见理论对大角度是合适的，小角度度是合适的，小角度（9090o o的的 粒子占全部入射粒子数的百分比。已知金箔的原子数为粒子占全部入射粒子数的百分比。已知金箔的原子数为197197。设有设有n个个 粒子射到金箔上，有粒子射到金箔上，有dn个散射到个散射到 和和+d+d 之间，之间，第15页，本讲稿共15页