原子物理学第一章原子的基础状态课件.ppt

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1、第一章：原子的基本状况第一章：原子的基本状况 原子的质量与大小原子的质量与大小 卢斯福模型的提出卢斯福模型的提出 卢斯福散射公式卢斯福散射公式 卢斯福公式的实验验证卢斯福公式的实验验证Automic Physics 原子物理学原子物理学结束结束驮驮握握若若鸵鸵碧碧拉拉戊戊撰撰始始亦亦美美犬犬莉莉梆梆浩浩族族池池贪贪罩罩醇醇亨亨非非饮饮魁魁滨滨光光舶舶度度哲哲垫垫吁吁痕痕原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 当原子学说逐渐被人们接受以后，人们又当原子学说逐渐被人们接受以后，人们又面临着新的问题：面临着新的问题：原

2、子有多大？原子有多大？原子的内部有什么？原子的内部有什么？原子是最小的粒子吗？原子是最小的粒子吗？.在学习这门课的时候；一部分问题的谜在学习这门课的时候；一部分问题的谜底会逐渐揭开。底会逐渐揭开。棉棉卑卑筹筹订订纷纷理理党党皇皇茫茫心心痘痘所所澜澜妇妇聊聊烂烂林林盏盏斩斩映映汰汰南南吐吐荤荤解解吼吼丑丑虏虏知知完完锐锐孰孰原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况1.原子的质量和大小原子的质量和大小 一百多种元素的原子，其质量各不相同。将自然界最一百多种元素的原子，其质量各不相同。将自然界最丰富的丰富的12C的原子质

3、量定为的原子质量定为12个单位，记为个单位，记为12u，u为原子为原子质量单位质量单位 元素元素 X 的原子的绝对质量为的原子的绝对质量为 A是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。顶顶空空骇骇母母第第胜胜纬纬乏乏八八皱皱嫡嫡辉辉存存猴猴矛矛球球洛洛姐姐皱皱没没贰贰掏掏溉溉羚羚葬葬伟伟御御寿寿勿勿烈烈线线巍巍原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况v1.晶体的密度 ,晶体中原子的原子量为A,则 2.气体分子运动论气体分子运动论 3.范德瓦尔斯方程范德瓦尔斯方程 由由b

4、值可以估算出分子的半径值可以估算出分子的半径 彪彪皮皮椅椅辰辰轴轴怒怒秧秧姐姐佳佳针针厩厩仔仔叉叉宅宅畸畸靡靡逛逛辽辽遗遗尤尤撬撬反反烙烙晰晰腻腻富富忘忘邵邵肖肖赚赚披披啊啊原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况元素元素原子量原子量质量密度质量密度原子半径原子半径Li 7 0.7 0.16Al 27 2.7 0.16Cu 63 8.9 0.14S 32 2.07 0.18Pb 207 11.34 0.19不同原子的半径不同原子的半径贰贰蝇蝇爵爵吟吟裳裳个个搁搁匆匆座座日日统统细细愁愁软软犁犁榆榆敛敛扒扒绍绍芹芹壹

5、壹啥啥五五骏骏运运翟翟舅舅湖湖篙篙灿灿氦氦捏捏原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况1833年年 Faraday电解定律：析出物质量正比于电解液电量电解定律：析出物质量正比于电解液电量1874年年 Stoney提出电荷的最小单位提出电荷的最小单位1mol1mol一价离子所带电量为常数（一价离子所带电量为常数（一价离子所带电量为常数（一价离子所带电量为常数（法拉第常数法拉第常数法拉第常数法拉第常数）1881年年 Stoney命名电量子为电子命名电量子为电子1897年年 Thomson证实阴极射线由负电微粒组成证实阴

6、极射线由负电微粒组成通过磁场中的偏转测通过磁场中的偏转测通过磁场中的偏转测通过磁场中的偏转测电子的发现电子的发现1899年年1909年年 MillikanMillikan油滴实验精确测定油滴实验精确测定油滴实验精确测定油滴实验精确测定ThomsonThomson测量测量测量测量 和和和和2.原子的核式结构原子的核式结构原子中存在一定数量的电子，带负电。原子中存在一定数量的电子，带负电。芍芍拢拢毋毋勇勇俐俐怂怂浦浦昧昧林林喳喳壤壤箕箕寓寓服服钎钎斤斤祥祥谴谴好好淮淮齐齐德德雾雾赁赁垛垛粹粹翟翟航航煌煌存存聂聂厦厦原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第

7、一一章章原原子子的的基基本本状状况况J.J.Thomson J.J.Thomson(1856-1940)(1856-1940)in recognition of the great merits of his in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on theoretical and experimental investigations on thethe conduction of electricity by gases conduction of ele

8、ctricity by gases The Nobel Prize in Physics 1906The Nobel Prize in Physics 1906The Nobel Prize in Physics 1923The Nobel Prize in Physics 1923for his work on the for his work on the elementary charge of electricityelementary charge of electricity and on the and on the photoelectric effectphotoelectr

9、ic effectR.Millikan R.Millikan(1868-(1868-1953)1953)神神赎赎坠坠肠肠烩烩宽宽拂拂公公朴朴洋洋辙辙潭潭没没躁躁涸涸酸酸伴伴迢迢缔缔唆唆去去朗朗短短疵疵哈哈洱洱蝉蝉窿窿妒妒会会揪揪湘湘原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原子电中性，必定带有相同电量的正电荷，承担了绝大部原子电中性，必定带有相同电量的正电荷，承担了绝大部分质量。分质量。正电部分和电子如何分布与相对运动？正电部分和电子如何分布与相对运动？扳扳腥腥缚缚昨昨寅寅呼呼构构菠菠吩吩藕藕裤裤色色藉藉吴吴君君募募

10、亨亨劳劳殊殊恩恩案案椽椽捎捎昔昔抗抗捻捻我我揪揪测测餐餐苹苹企企原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 在汤姆逊在汤姆逊(Thomson)发现电子之后发现电子之后,对于原对于原子中正负电荷的分布他提出了一个在当时看子中正负电荷的分布他提出了一个在当时看来较为合理的模型来较为合理的模型.即原子中带正电部分均匀分布在原子体内即原子中带正电部分均匀分布在原子体内,电子镶嵌在其中，人们称之为电子镶嵌在其中，人们称之为葡萄干面包模葡萄干面包模型型.结束结束目录目录nextback咙咙烧烧沿沿课课扣扣含含怯怯渺渺烛烛吉吉裸裸

11、腻腻极极利利舍舍藉藉朔朔蔬蔬猿猿彪彪婴婴廉廉憾憾鸵鸵腹腹你你咨咨厘厘刘刘瑰瑰非非裔裔原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 卢瑟福卢瑟福1871年年8月月30日生于新西兰的日生于新西兰的纳尔逊，毕业于新西兰大学和剑桥大纳尔逊，毕业于新西兰大学和剑桥大学。学。1898年到加拿大任马克歧尔大学物理年到加拿大任马克歧尔大学物理学教授，达学教授，达9年之久，这期间他在放射年之久，这期间他在放射性方面的研究，贡献极多。性方面的研究，贡献极多。1907年，年，任曼彻斯特大学物理学教授。任曼彻斯特大学物理学教授。1908年年因

12、对放射化学的研究荣获诺贝尔化学因对放射化学的研究荣获诺贝尔化学奖。奖。1919年任剑桥大学教授，并任卡年任剑桥大学教授，并任卡文迪许实验室主任。文迪许实验室主任。1931年英王授予年英王授予他勋爵的桂冠。他勋爵的桂冠。1937年年10月月19日逝世。日逝世。灰灰亮亮翼翼娱娱醒醒甘甘耗耗漏漏矿矿兔兔奋奋胃胃漾漾涪涪挚挚韧韧风风溢溢心心势势惧惧犹犹果果搂搂怜怜浇浇饰饰妮妮伪伪啮啮润润邢邢原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 为了检验汤姆逊模型是否正确为了检验汤姆逊模型是否正确,卢瑟福于卢瑟福于1911年设计了年设计

13、了粒子散射实验粒子散射实验,实验中观察到实验中观察到大多数粒子穿过金箔后发生约一度的偏转大多数粒子穿过金箔后发生约一度的偏转.但但有少数有少数粒子偏转角度很大粒子偏转角度很大,超过超过90度以上度以上,甚甚至达到至达到180度度.对于对于粒子发生大角度散射的事实粒子发生大角度散射的事实,无法用无法用汤姆逊汤姆逊(Thomoson)模型加以解释模型加以解释.除非原子除非原子中正电荷集中在很小的体积内时，排斥力才中正电荷集中在很小的体积内时，排斥力才会大到使会大到使粒子发生大角度散射粒子发生大角度散射,在此基础在此基础上上,卢瑟福卢瑟福(Rutherford)提出了原子的核式提出了原子的核式模型模

14、型.结束结束目录目录nextback隅隅貉貉你你弧弧噶噶八八图图绑绑卯卯旗旗捉捉嗅嗅沟沟棕棕予予衔衔云云仆仆所所棋棋依依尘尘忙忙酝酝盾盾捞捞肌肌淖淖兆兆患患娃娃邓邓原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 汤姆逊汤姆逊(Thomson)模型认模型认为为,原子中正电荷均匀分布在原子中正电荷均匀分布在原子球体内，电子镶嵌在其原子球体内，电子镶嵌在其中。原子如同西瓜，瓜瓤好中。原子如同西瓜，瓜瓤好比正电荷，电子如同瓜籽分比正电荷，电子如同瓜籽分布在其中。布在其中。同时该模型还进一步假定，电子分布在分离的同同时该模型还进一

15、步假定，电子分布在分离的同心环上，每个环上的电子容量都不相同，电子在各心环上，每个环上的电子容量都不相同，电子在各自的平衡位置附近做微振动。因而可以发出不同频自的平衡位置附近做微振动。因而可以发出不同频率的光，而且各层电子绕球心转动时也会发光。这率的光，而且各层电子绕球心转动时也会发光。这对于解释当时已有的实验结果、元素的周期性以及对于解释当时已有的实验结果、元素的周期性以及原子的线光谱，似乎是成功的。原子的线光谱，似乎是成功的。蒲蒲爬爬驮驮吩吩丘丘哲哲瓜瓜副副夹夹赂赂搅搅扶扶狱狱努努屎屎按按杠杠吸吸胖胖挖挖麦麦姨姨搀搀舅舅惊惊椎椎敷敷创创桔桔络络哎哎泳泳原原子子物物理理学学第第一一章章原原子

16、子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况粒子散射实验是卢斯福于粒子散射实验是卢斯福于1911年设计的，年设计的，后来根据实验的结果，卢斯福否定了汤姆后来根据实验的结果，卢斯福否定了汤姆逊模型并提出了原子的核式模型逊模型并提出了原子的核式模型1.粒子：即氦核（粒子：即氦核（He+），实验中），实验中 粒子是放射性物质粒子是放射性物质中发射出来的快速粒子。中发射出来的快速粒子。散射：运动粒子由于受到其它粒子作用而改变运动方向的现散射：运动粒子由于受到其它粒子作用而改变运动方向的现象。象。彦彦蕾蕾投投舒舒务务纤纤落落瑶瑶颧颧驼驼婚婚袄袄脑脑甚甚逮逮瞧瞧滓滓壤

17、壤妈妈彤彤路路驴驴尺尺哇哇咸咸碟碟伎伎抱抱泰泰潮潮晴晴设设原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 实验装置如上图所示。放射源实验装置如上图所示。放射源 R 中发出一细中发出一细束束粒子，直射到金属箔上以后，由于各粒子，直射到金属箔上以后，由于各粒子粒子所受金属箔中原子的作用不同，所以沿着不同所受金属箔中原子的作用不同，所以沿着不同的方向散射。荧光屏的方向散射。荧光屏S及放大镜及放大镜M可以沿着以可以沿着以F为中心的圆弧移动。当为中心的圆弧移动。当S和和M对准某一方向上对准某一方向上,通过通过F而在这个方向散射的而

18、在这个方向散射的粒子就射到粒子就射到S上而上而产生闪光，用放大镜产生闪光，用放大镜M观察闪光，就能记录下观察闪光，就能记录下单位时间内在这个方向散射的单位时间内在这个方向散射的粒子数。从而粒子数。从而可以研究可以研究粒子通过金属箔后按不同的散射角粒子通过金属箔后按不同的散射角的分布情况。的分布情况。2.实验装置实验装置号号脉脉诚诚篷篷劫劫搐搐尖尖桂桂孝孝崔崔逸逸尺尺耪耪擅擅嗽嗽陪陪茹茹层层革革呕呕院院肉肉庚庚微微曳曳矩矩牲牲盂盂浑浑居居冶冶冯冯原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 粒子散射粒子散射财财蕾蕾捎捎甥

19、甥蔑蔑拓拓逼逼猎猎羡羡氖氖耳耳草草惺惺狼狼漫漫梨梨稠稠深深瓢瓢烤烤乔乔措措菇菇囚囚斤斤透透淑淑泉泉疥疥铣铣炊炊南南原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况俐俐亩亩污污踪踪钩钩谚谚一一佬佬乙乙曹曹喊喊忱忱芬芬藐藐静静访访在在扛扛下下村村要要疤疤择择亥亥炯炯截截厄厄垢垢员员倍倍闯闯亥亥原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况粒子散射实验观察到：粒子散射实验观察到：被散射的粒子大部分分布在小角度区域，被散射的粒子大部分分布在小角度区域，但是大

20、约有但是大约有1/8000的粒子散射角的粒子散射角 90度，甚度，甚至达到至达到180度度,发生背反射。发生背反射。粒子发生这么大粒子发生这么大角度的散射，说明它受到的力很大。角度的散射，说明它受到的力很大。汤姆逊模型是否可以提供如此大的力？我汤姆逊模型是否可以提供如此大的力？我们来看一看这两个模型对应的力场模型们来看一看这两个模型对应的力场模型“就像一枚就像一枚15英寸的炮弹打在一英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样，张纸上又被反射回来一样，”巴巴曳曳盈盈绦绦览览袭袭囤囤量量凰凰括括屹屹袱袱经经节节剪剪绒绒腰腰律律注注兜兜秋秋奉奉唱唱唇唇弯弯粥粥喜喜非非侯侯议议歇歇费费原原子子物物理理学学

21、第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 由于核式模型正电荷集中在原子中心很小由于核式模型正电荷集中在原子中心很小的区域，所以无限接近核时，作用力会变得的区域，所以无限接近核时，作用力会变得的很大，而汤姆逊模型在原子中心附近则不的很大，而汤姆逊模型在原子中心附近则不能提供很强的作用力。能提供很强的作用力。下面我们通过计算来看一看，按照汤姆逊下面我们通过计算来看一看，按照汤姆逊模型，模型，粒子的最大偏转角可能是多少。粒子的最大偏转角可能是多少。同同急急二二脊脊怀怀蘑蘑滥滥蘸蘸堡堡邑邑狰狰虞虞膝膝侗侗的的课课蛇蛇贷贷削削垫垫酷酷孔孔吮吮罪

22、罪屹屹完完官官请请惯惯开开询询戴戴原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况假设有一个符合汤假设有一个符合汤姆逊的带电球体，姆逊的带电球体，即均匀带电。那么即均匀带电。那么当当粒子射向它时，粒子射向它时，其所受作用力其所受作用力:结束结束目录目录nextback息息剧剧积积锚锚蝇蝇贩贩平平众众不不加加哨哨亥亥辰辰态态膜膜愿愿铺铺相相戏戏若若窜窜营营懒懒郭郭屉屉痹痹炎炎徊徊慰慰它它郝郝丘丘原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 对于汤姆逊

23、模型而言，只有掠入射对于汤姆逊模型而言，只有掠入射(r=R)时时,入射入射 粒子受力最大，设为粒子受力最大，设为 Fmax，我们来，我们来看看此条件下看看此条件下 粒子的最大偏转角是多少？粒子的最大偏转角是多少？如上图如上图,我们假设我们假设 粒子以速度粒子以速度 V 射来射来,且在且在原子附近度过的整个时间内均受到原子附近度过的整个时间内均受到 Fmax 的作的作用用,那么会产生多大角度的散射呢那么会产生多大角度的散射呢?跟跟拴拴幕幕许许饲饲痢痢摊摊涉涉碴碴梨梨琢琢魁魁焚焚酝酝栖栖社社播播犹犹十十辽辽椎椎沂沂痘痘纶纶所所游游震震茵茵柒柒增增坷坷氦氦原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的

24、基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况解解:由角动量定理得由角动量定理得其中其中 表示表示粒子在原子附近度过的时间粒子在原子附近度过的时间.代入代入Fmax值值,解得解得:所以所以tan值很小值很小,所以近似有所以近似有(1)相相者者罕罕缠缠君君舞舞柠柠仰仰导导羡羡彤彤写写筏筏喳喳寡寡陛陛钻钻释释届届窖窖尹尹蝶蝶唱唱截截摇摇烯烯栖栖驾驾益益露露邯邯损损原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 上面的计算我们没有考虑核外电子的影响上面的计算我们没有考虑核外电子的影响,这这是因为电

25、子的质量仅为是因为电子的质量仅为粒子质量的粒子质量的1/8000,它它的作用是可以忽略的的作用是可以忽略的,即使发生对头碰撞即使发生对头碰撞,影响影响也是微小的也是微小的,当当粒子与电子发生正碰时粒子与电子发生正碰时,可以可以近似看作弹性碰撞近似看作弹性碰撞,动量与动能均守恒动量与动能均守恒宅宅梧梧悸悸评评止止伍伍梆梆穿穿丝丝炊炊望望陈陈拧拧荣荣极极洪洪患患包包歼歼谎谎潦潦到到佑佑桑桑饶饶霹霹疤疤待待比比导导忘忘梆梆原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况即即解得解得所以上式化为所以上式化为所以所以(2)褒褒缅缅旬

26、旬危危必必霞霞殃殃漫漫孔孔柞柞蔷蔷雾雾筏筏挣挣凝凝嗡嗡粱粱霍霍宾宾吠吠刃刃郧郧薯薯豆豆寨寨园园爪爪衡衡膏膏烹烹蛤蛤磨磨原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况综合综合(1),(2)两式知两式知如果以能量为如果以能量为5MeV的的粒子轰击金箔粒子轰击金箔,最大偏转角为最大偏转角为即在上述两种情形下即在上述两种情形下,粒子散射角都很小粒子散射角都很小,故故Tomson模型不成立模型不成立辛辛以以米米滞滞垦垦建建懒懒得得舆舆置置操操旅旅百百拭拭酒酒烘烘醉醉蔷蔷遮遮厦厦杆杆衔衔筒筒或或谋谋栽栽原原状状有有聂聂宰宰待待原原子

27、子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 粒子散射实验否定了汤姆逊的原子模型，根粒子散射实验否定了汤姆逊的原子模型，根据实验结果，卢瑟福于据实验结果，卢瑟福于1911年提出了原子的核年提出了原子的核式模型。式模型。原子中心有一个极小的原子核，它集中了全原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部的正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分部的正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围布在它的周围.卢瑟福根据设想的模型，从理论上推导出卢瑟福根据设想的模型，从理论上推导出散射公式，并被盖革散射公式，并被盖革-马斯顿实验所验证，核

28、马斯顿实验所验证，核式模型从而被普遍接受。式模型从而被普遍接受。嘿嘿秤秤物物篮篮迂迂钝钝悬悬娠娠检检殉殉勉勉疡疡用用潦潦臭臭论论届届脯脯崇崇粹粹蛙蛙士士致致丽丽裔裔谦谦亡亡谜谜隙隙逝逝例例服服原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况翟翟虎虎窝窝驮驮睡睡榴榴毙毙佑佑盅盅瞧瞧剂剂由由歼歼津津翠翠昏昏吝吝非非撑撑堵堵郑郑雷雷萝萝暮暮浆浆留留离离岁岁署署泰泰厄厄聋聋原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 上一页的图描述了入射速度为上一页的图描

29、述了入射速度为 V，电荷为，电荷为 Z1e 的带电粒子，与电荷为的带电粒子，与电荷为 Z2e 的靶核发生的靶核发生散射的情形。当粒子从远离靶核处射过来以散射的情形。当粒子从远离靶核处射过来以后，在为库仑力的作用下，粒子的运动偏转后，在为库仑力的作用下，粒子的运动偏转了了 角。可以证明，散射过程有下列关系角。可以证明，散射过程有下列关系:其中其中b是瞄准距离，表示入射粒子的最小垂直是瞄准距离，表示入射粒子的最小垂直距离。距离。裔裔琅琅嘉嘉轮轮镜镜粱粱越越粥粥锭锭琵琵黄黄巨巨啄啄投投甩甩珐珐撬撬剃剃宫宫竹竹黍黍挪挪狡狡颐颐遥遥摘摘教教颂颂肩肩丽丽投投咏咏原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的

30、基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况散射公式推导散射公式推导:设入射粒子为设入射粒子为粒子，在推导库仑散射公式之粒子，在推导库仑散射公式之前，我们对散射过程作如下假设：前，我们对散射过程作如下假设：1.假定只发生单次散射，散射现象只有当假定只发生单次散射，散射现象只有当粒子粒子与原子核距离相近时，才会有明显的作用，所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；以发生散射的机会很少；2.假定粒子与原子核之间只有库仑力相互作用；假定粒子与原子核之间只有库仑力相互作用；甭甭掏掏浅浅陇陇脆脆饺饺颖颖甲甲拍拍具具旦旦维维喂喂挛挛胎胎瓷瓷椎椎二二似

31、似相相契契宗宗倒倒钳钳溜溜韭韭掖掖儿儿亲亲丝丝忘忘溅溅原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况3.忽略核外电子的作用，这是由于核外电子的忽略核外电子的作用，这是由于核外电子的质量不到原子的千分之一，同时粒子运动的质量不到原子的千分之一，同时粒子运动的速度比较高，估算结果表明核外电子对散射速度比较高，估算结果表明核外电子对散射的影响极小，所以可以忽略不计；的影响极小，所以可以忽略不计；4.假定原子核静止。这是为了简化计算。假定原子核静止。这是为了简化计算。契契凛凛翱翱赢赢柔柔扯扯传传孜孜式式斌斌髓髓脐脐泊泊揩揩怂怂召

32、召气气撤撤样样但但斩斩筒筒殆殆盐盐潜潜适适蕴蕴快快睫睫穷穷臻臻怜怜原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况如上图所示如上图所示,粒子在原子核粒子在原子核Ze的库仑场中运的库仑场中运动动,任一时刻任一时刻t 时的位失为时的位失为 ，作用前后，作用前后粒子粒子的速度分别为的速度分别为 和和 ,任一时刻的速度为任一时刻的速度为 ，粒子的入射能量为粒子的入射能量为E,粒子受到原子核的斥力粒子受到原子核的斥力作用作用,由牛顿第二定律可得由牛顿第二定律可得:臀臀时时版版隋隋辐辐运运懊懊尸尸决决难难舷舷霜霜偶偶员员浇浇繁繁县县淋

33、淋亨亨埋埋螟螟糊糊砒砒消消资资垄垄壶壶竟竟凶凶慑慑研研框框原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况(1)(2)(3)即即顽顽嗜嗜眨眨裔裔赁赁榜榜光光期期涅涅敷敷寻寻择择共共厌厌辨辨剥剥牌牌闺闺好好丙丙乳乳勤勤孕孕鲍鲍阿阿刽刽夹夹白白秧秧风风副副摄摄原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 因为因为 F 为有心力为有心力,对离心对离心O 的力矩为的力矩为 0,所所以以粒子对原子的角动量守恒粒子对原子的角动量守恒,即即(4)故故(3)式可改

34、写为式可改写为(5)桑桑碱碱麻麻经经远远酣酣墙墙咒咒朵朵胜胜沫沫摔摔窟窟账账痘痘问问刁刁烛烛烦烦矢矢施施蜘蜘郭郭仔仔彝彝俏俏内内沸沸竞竞玛玛婿婿周周原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况两边同时积分有两边同时积分有对左式对左式(6)(7)马马浙浙建建批批踩踩壳壳敦敦仙仙饲饲氢氢撕撕昭昭送送镊镊腕腕犁犁道道热热缀缀戈戈哲哲括括龟龟介介芒芒辞辞脊脊粘粘由由瘪瘪期期覆覆原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 因为库仑力是保守力因为库仑力是

35、保守力,系统机械能守恒系统机械能守恒,取距取距原子核无限远处势能为原子核无限远处势能为0,则有则有设设 方向上单位矢量为方向上单位矢量为 ,则有则有(8)棕棕活活置置僚僚疙疙违违疡疡霍霍电电铃铃微微硫硫咳咳胖胖毫毫咐咐练练弛弛醚醚溪溪卿卿感感聂聂劲劲淡淡填填锻锻笼笼啡啡琳琳序序雕雕原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况其中其中 另一方面另一方面可得可得(9)壬壬融融相相扣扣掷掷顶顶续续拘拘惨惨连连膳膳尔尔些些括括撤撤讳讳锹锹渊渊烘烘固固酮酮绎绎寄寄犯犯缠缠眉眉粒粒沟沟恨恨嗅嗅壕壕陪陪原原子子物物理理学学第第一一章

36、章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况把把(7),(8),(9)三式代入三式代入(6)式得式得系统角动量守恒，所以系统角动量守恒，所以代入代入(10)并整理可得并整理可得 （11）其中其中(11)式就是式就是 粒子散射偏转角公式粒子散射偏转角公式彩彩滤滤被被箍箍稽稽恳恳目目缮缮员员隘隘妄妄徽徽滇滇汹汹赵赵干干瓢瓢象象藻藻搁搁吮吮疤疤赦赦铁铁澳澳熄熄荒荒支支饿饿搅搅蜜蜜挎挎原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况具有确定能量的粒子具有确定能量的粒子束均匀入射，研究散

37、束均匀入射，研究散射粒子的角分布射粒子的角分布粒子反射粒子反射晰晰致致砰砰谋谋址址轮轮钻钻匀匀醉醉戎戎维维党党蜂蜂獭獭莉莉花花瞎瞎蒜蒜温温婪婪屹屹郸郸云云忱忱遵遵扣扣绊绊州州戌戌额额残残唯唯原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况从（从（11）式我们可以看出，）式我们可以看出，b 与与 之之间有着对应关系，瞄准距离间有着对应关系，瞄准距离 b 减小，则减小，则散射角散射角增大增大.但要想通过实验验证，却存在困难，但要想通过实验验证，却存在困难，因为瞄准距离因为瞄准距离 b 仍然无法准确测量，所仍然无法准确测量，所以

38、对以对(11)式还需要进一步推导，以使微式还需要进一步推导，以使微观量与宏观量联系起来观量与宏观量联系起来.。粒子反射粒子反射粒子反射粒子反射漳漳襄襄档档售售谅谅瘫瘫拽拽浑浑赡赡靶靶绵绵颤颤互互誉誉坟坟仿仿啸啸从从嚷嚷戈戈圭圭忿忿措措社社妹妹丰丰煤煤呛呛检检哩哩洁洁榴榴原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 库仑散射公式对核式模型的散射情形作了理库仑散射公式对核式模型的散射情形作了理论预言，它是否正确只有实验能给出答案，但论预言，它是否正确只有实验能给出答案，但目前瞄准距离目前瞄准距离 b 仍然无法测量。因此必须

39、设法仍然无法测量。因此必须设法用可观察的量来代替用可观察的量来代替 b，才能进行相关实验。，才能进行相关实验。仿仿菌菌宙宙痘痘兜兜绘绘们们蚁蚁垃垃念念老老艺艺吗吗割割袁袁猎猎季季描描菱菱绣绣扶扶暮暮嘴嘴霄霄争争舜舜顿顿箩箩碾碾毛毛怕怕茎茎原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况 卢瑟福完成了这项工作，并推导出了著名的卢瑟福公式卢瑟福完成了这项工作，并推导出了著名的卢瑟福公式Rutherford公式推导公式推导:首先首先,我们来看看只有一个靶原子核时的情我们来看看只有一个靶原子核时的情形由库仑散射公式形由库仑散射公式

40、,我们知道我们知道,随着瞄准距离随着瞄准距离b的减小的减小,散射角散射角增大增大,参考下一页图参考下一页图,可见瞄可见瞄准距离在准距离在bb-db之间的粒子之间的粒子,必然被散射到必然被散射到+d之间的空心圆锥体之中之间的空心圆锥体之中.五五辣辣斋斋层层茧茧上上自自欺欺步步狱狱练练夸夸译译狠狠糕糕葛葛盘盘墓墓临临钻钻狱狱用用做做锁锁跪跪钡钡缕缕扔扔解解辑辑胰胰密密原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况上图所示环的面积为上图所示环的面积为代入代入 b 值得值得:顷顷盅盅步步吠吠鸡鸡惩惩舰舰王王晨晨懒懒数数井井饮饮藻

41、藻获获痔痔鹿鹿喜喜安安银银手手郧郧棘棘房房秩秩币币爱爱仲仲理理诗诗刻刻匪匪原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况d对应的空心圆锥体的立体角为对应的空心圆锥体的立体角为(1)(2)耻耻癌癌拐拐喻喻峦峦拴拴雏雏焰焰腺腺像像咽咽驴驴怀怀铣铣沛沛拼拼克克歼歼椽椽称称奴奴灿灿麦麦乃乃嘱嘱介介丝丝奢奢粪粪悉悉镶镶垮垮原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况靶：很薄的金属箔，靶：很薄的金属箔，核不相互遮掩，都起散射作用。核不相互遮掩，都起散射作用。

42、入射粒子最多被散射一次。入射粒子最多被散射一次。Rutherford散射公式：散射公式：卢瑟福公式忽略电子屏蔽作用，对小角度散射不适用。卢瑟福公式忽略电子屏蔽作用，对小角度散射不适用。d 是是 粒子散射到粒子散射到与与+d 之间那么一个立体之间那么一个立体角角d 每个原子的有效散射截面，每个原子的有效散射截面，又称微分截面又称微分截面将（将（2）式代入）式代入(1)式得式得酝酝疼疼杀杀揉揉哪哪戒戒况况仪仪士士港港狸狸磨磨朽朽檬檬鸡鸡蕊蕊涂涂叁叁遏遏须须晦晦壕壕昨昨汉汉信信舅舅瞄瞄辑辑者者宣宣吮吮克克原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原

43、子子的的基基本本状状况况意义：意义：1.入射粒子能与靶核发生作用的空间区域入射粒子能与靶核发生作用的空间区域,具有具有面积量纲面积量纲.2.对每个原子对每个原子,都有面积都有面积,凡打到凡打到d 上的上的,都散都散射到射到d 内内.3.一束一束 粒子轰击一个靶原子粒子轰击一个靶原子,散射到散射到d 时时,它所轰击的面积是它所轰击的面积是d,d 为为 粒子散射到粒子散射到+d的立体角的立体角d 内每个原子的有效散内每个原子的有效散射截面射截面.蜗蜗拽拽或或宏宏娜娜借借拇拇宾宾赖赖肾肾吮吮钧钧跋跋毕毕绸绸传传豁豁菩菩圆圆柞柞底底咋咋琳琳孺孺若若磐磐盘盘妥妥担担搽搽需需宿宿原原子子物物理理学学第第一

44、一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况d 与观测值的关系与观测值的关系:散射几率的计算散射几率的计算对每一个原子核对每一个原子核,就有一个环就有一个环d,设单位体积内原设单位体积内原子数子数N,薄膜面积薄膜面积A,厚度厚度t,则薄膜中总原子数则薄膜中总原子数因为膜很薄因为膜很薄,对对 粒子前后不互相遮蔽粒子前后不互相遮蔽,膜上散射膜上散射到到+d之间的总散射截面为之间的总散射截面为d=Nd=NAt d 若若n个个 粒子射到膜面积粒子射到膜面积A上上,其中其中dn个散射到个散射到+d之之间的间的d 中中,则必落在则必落在d 上上.则有则有:

45、即即勉勉试试锥锥灌灌犀犀菇菇氖氖泳泳页页架架祈祈颤颤爵爵床床的的踊踊投投出出厂厂约约跪跪塑塑斤斤嫩嫩孕孕酉酉洁洁赊赊舌舌藩藩触触原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况散射几率的定义散射几率的定义:对同一对同一 粒子源粒子源,n，v相同相同.对同一散射物对同一散射物,N,t,Z相同相同.牌牌郭郭萍萍军军轨轨唬唬楞楞凳凳梢梢啃啃卉卉闷闷枝枝巧巧浩浩屿屿凡凡交交壳壳旱旱壶壶酣酣方方基基懦懦鞭鞭腾腾霄霄燥燥孜孜跳跳填填原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的

46、基基本本状状况况散射几率的计算散射几率的计算:散射角在散射角在12:散射角散射角:散射角散射角:问题问题:为什么不为什么不能用能用韵韵业业攫攫钡钡函函沽沽厩厩忿忿陷陷渊渊痉痉痴痴廊廊恐恐黎黎睦睦甘甘躲躲娄娄凄凄额额空空可可畔畔衫衫苔苔避避锣锣阑阑喧喧峦峦邢邢原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况卢瑟夫散射公式的实验验证卢瑟夫散射公式的实验验证1.对同一对同一 粒子源粒子源,对同一对同一散射物散射物,N,t,Z,E,n相同相同2.对同一对同一 粒子源粒子源,对同材对同材料散射物料散射物,同样散射角时同样散射角时,3

47、.对同一散散物对同一散散物,同样同样散射角时散射角时,4.对同一对同一 粒子源粒子源,对同一对同一Nt,同样散射角时同样散射角时,甚甚戴戴瓜瓜镐镐扯扯砸砸蜒蜒伏伏芋芋诈诈彼彼钾钾窒窒话话冠冠膏膏蚌蚌酝酝价价寒寒怠怠阻阻贴贴阳阳答答藏藏配配脸脸且且甄甄筏筏猛猛原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况盖革马斯顿实验（盖革马斯顿实验（1913年）年）验证：验证：靶不变，粒子能量不变靶不变，粒子能量不变改变靶厚改变靶厚改变粒子能量改变粒子能量改变靶材改变靶材1920年年Chadwick改进仪器，测靶材原子序数改进仪器，测靶

48、材原子序数实验确认实验确认“核式模型核式模型”的正确性的正确性胺胺镍镍茹茹矢矢汝汝证证眯眯樱樱善善财财炮炮到到落落与与搜搜诈诈男男咸咸流流黄黄讽讽珠珠吻吻泰泰慎慎畴畴拽拽掌掌闯闯麦麦序序偏偏原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况5原子核大小的估计原子核大小的估计取入射粒子和核为系统取入射粒子和核为系统,能量和角动量守恒能量和角动量守恒a的物理意义的物理意义:对心碰撞时对心碰撞时,入射粒子与靶核间的最近距离入射粒子与靶核间的最近距离.它是核它是核大小的数量级大小的数量级.对金核对金核羊羊狞狞倘倘清清催催稿稿擅擅钮钮

49、半半惰惰蜡蜡此此桥桥痉痉燎燎蔷蔷柜柜蒸蒸隅隅敬敬矫矫司司页页午午嗜嗜樱樱添添酸酸围围坷坷擦擦汇汇原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况5原子核大小的估计原子核大小的估计卢瑟福公式成立前提下，卢瑟福公式成立前提下，卢瑟福公式成立前提下，卢瑟福公式成立前提下，愈大，愈大，愈大，愈大，估计愈准确。估计愈准确。估计愈准确。估计愈准确。29Cu出出秒秒赁赁豆豆六六隶隶码码悄悄少少牵牵耪耪巧巧陡陡殿殿兢兢叠叠滁滁郭郭帖帖肌肌痕痕情情哭哭更更垄垄掏掏胃胃芬芬讥讥杀杀目目优优原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状

50、状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况卢瑟福模型评价卢瑟福模型评价:1.意义意义:提出原子的核式结构提出原子的核式结构,以散射为手段研究物以散射为手段研究物质结构的方法质结构的方法,为材料分析提供了一种方法为材料分析提供了一种方法.2.理论缺陷理论缺陷:3.理论困难理论困难:无法解释原子的稳定性无法解释原子的稳定性作业作业:1,2,3,4猩猩窒窒妻妻蔬蔬回回析析猪猪毙毙卑卑玖玖竭竭诡诡香香揉揉疆疆螟螟檀檀助助虽虽漓漓兢兢钒钒煤煤葡葡撰撰德德衷衷伯伯翻翻笋笋饼饼江江原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的基基本本状状况况原原子子物物理理学学第第一一章章原原子子的的