第一章原子物理学精选PPT.ppt
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1、第一章原子物理学第1页,本讲稿共24页1 背景知识背景知识一电子的发现11811年,阿伏伽德罗常数NA,即1mol任何原子数目都为NA;21833年,法拉第提出电解定律,依此推得:1mol任何原子的单价离子永远带有相同的电量这个电量,就是法拉第常数F=9.6485309c.mol-1;31874年,斯通尼明确指出,原子所带的电荷为一基本电荷的整数倍,并用阿氏常数推算出这一基本电荷的近似值1881年,斯通尼提出用“电子”这一名字来命名这些电荷的最小单位;第2页,本讲稿共24页4 4真正从实验上确认电子的存在,是在真正从实验上确认电子的存在,是在真正从实验上确认电子的存在,是在真正从实验上确认电子
2、的存在,是在18971897年由汤姆逊年由汤姆逊年由汤姆逊年由汤姆逊作出的作出的作出的作出的 18971897年,汤姆逊通过阴年,汤姆逊通过阴极射线管的实验发现了电子,极射线管的实验发现了电子,并进一步测出了电子的荷质并进一步测出了电子的荷质比比:e/m:e/m汤姆逊被誉为汤姆逊被誉为:“:“一位最先打一位最先打开通向基本粒子物理学大门开通向基本粒子物理学大门的伟人的伟人.”图汤姆逊正在进行实验图汤姆逊正在进行实验 第3页,本讲稿共24页图图2 2 阴极射线实验装置示意图阴极射线实验装置示意图加电场E E后,射线偏转,阴极射线带负电。再加磁场H H后,射线不偏转,。去掉电场E E后,射线成一圆
3、形轨迹,求出荷质比。实验的关键是高真空的获得。第4页,本讲稿共24页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=1.6021773310-19C,m=9.109389710-31kg。二电子的电荷和质量汤姆逊确定e/me后两年分别测定了电子的电荷和质量,后又得到mp/me1836。第5页,本讲稿共24页在此实验中,油滴的运动方向共受四个力量影响:空气阻力(向上)重力(向下)浮力(向上)电场力(向上)特别重要的是,密立根发现电荷是量子化的,即任何电荷只能是e的整数倍,e是任何客体能携带的最小的电荷量为什么电荷是量子化的?这是物理学至今仍未
4、解决的一个难题。第6页,本讲稿共24页三阿伏加德罗常量阿伏伽德罗常量NA代表1mol(摩尔)分子的分子数目或1mol原子的原子数目。阿氏常量是联系宏观与微观的一个物理量。1g=NAu1u=1.6605402(10)10-27kg g是宏观单位u是微观单位,NA起的作用正是宏观微观之间的桥梁作用。第7页,本讲稿共24页四原子的大小一种原子,A克x原子具有NA个x原子,密度,体积为A/。假如一个原子占有体积为4r3/3,则不同原子的半径几乎都差不多,r10-10m=1=0.1nm。第8页,本讲稿共24页2卢瑟福模型的提出一汤姆逊模型二卢瑟福模型1.实验装置2.实验结果3.实验结果的讨论第9页,本讲
5、稿共24页一一一一、汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型布丁模型布丁模型布丁模型布丁模型 19031903年英国科学家年英国科学家汤姆逊汤姆逊提出提出“葡萄干蛋糕葡萄干蛋糕”式式原子模型或称为原子模型或称为“西瓜西瓜”模型模型原子中正电荷和质量均原子中正电荷和质量均匀分布在原子大匀分布在原子大小小的弹性实心球内的弹性实心球内,电子就象西瓜里电子就象西瓜里的瓜子那样嵌在这个球内的瓜子那样嵌在这个球内。该模型对原子发光现象的解释:该模型对原子发光现象的解释:电子在其平衡位电子在其平衡位置作简谐振动的结果置作简谐振动的结果,原子所发出的光的频率就原子所发出的光的频率就相当于这些振
6、动的频率。相当于这些振动的频率。第10页,本讲稿共24页二二二二卢瑟福模型卢瑟福模型卢瑟福模型卢瑟福模型 盖革盖革马斯马斯顿实验(顿实验(粒子散射实验)实实验验结结果果:大大多多数数散散射射角角很很小小,约约1/8000散散射射大大于于90;极极个个别别的散射角等于的散射角等于180。R:放射源;F:散射箔;S:闪烁屏;B:金属匣粒子: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。这是我一生中从未有过的最难以置信的事件,它的
7、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卢瑟福的话第11页,本讲稿共24页2.2.汤姆逊模型的困难汤姆逊模型的困难 近近似似1 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。当当r rRR时时,原子受的库仑斥力为:,原子受的库仑斥力为:当当r rRR时时,原子受的库仑斥力为:,原子受的库仑斥力为:当当r r=R=R时时,原子受的库仑斥力最大:,原子受的库仑斥力最大:近似近似2 2:只受库仑力的作用。第12页,本讲稿共24页粒子受原子作用后动量发生变化粒子受原子作用后动量发生变化:大大角角散散射射不不可可能能在在汤
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