原子的基本狀況近代物理學(xué)教學(xué)課件

1、原子的基本狀況近代物理學(xué)教學(xué)課件 所以單個原子的質(zhì)量所以單個原子的質(zhì)量 （克）（克） ANAMA24010661. 1/1摩爾原子的物質(zhì)中，不論哪種元素，摩爾原子的物質(zhì)中，不論哪種元素，含有同一數(shù)量含有同一數(shù)量的原子，的原子，這個數(shù)稱為這個數(shù)稱為1摩爾的原子的摩爾的原子的質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)為原子量為原子量A阿伏伽德羅常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù)一般用一般用No表示，等于表示，等于6.0221023。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 雖然不同原子的質(zhì)量不同（相差幾百倍），大小也雖然不同原子的質(zhì)量不同（相差幾百倍），大小也不同，但其半徑的數(shù)量級切是相同的，都是不同，但其半徑的數(shù)量級切是相同的，都是10

2、-10米米 從各種方法測得的原子大小來看從各種方法測得的原子大小來看: 也就是說原子的大小相對于質(zhì)量來說幾乎是相等的。也就是說原子的大小相對于質(zhì)量來說幾乎是相等的。這是由原子的結(jié)構(gòu)決定的。這是由原子的結(jié)構(gòu)決定的。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況1、電子的發(fā)現(xiàn)、電子的發(fā)現(xiàn) 湯姆遜被譽(yù)為湯姆遜被譽(yù)為:“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人大門的偉人.” 1 9世紀(jì)世紀(jì)70年代，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)年代，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)了陰極射線。了陰極射線。 1897年，湯姆遜通過陰極射線管的實驗發(fā)現(xiàn)了電子，年，湯姆遜通過陰極射線管的實驗發(fā)現(xiàn)了電子

3、，并進(jìn)一步測出了陰極射線的荷質(zhì)比并進(jìn)一步測出了陰極射線的荷質(zhì)比: ,所帶電量與氫離子的電量相同，都為所帶電量與氫離子的電量相同，都為 ，而氫離，而氫離子的荷質(zhì)比為子的荷質(zhì)比為 ,因此他判斷這種粒子不是因此他判斷這種粒子不是離子，而是一種新的粒子。離子，而是一種新的粒子。 C19106 . 1 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 但公認(rèn)為但公認(rèn)為1897年湯姆遜通過陰極射線管的實驗發(fā)年湯姆遜通過陰極射線管的實驗發(fā)現(xiàn)了電子，并獲得現(xiàn)了電子，并獲得1906年的諾貝爾物理獎。年的諾貝爾物理獎。 1894年，斯托尼將陰極射線粒子命名為電子。年，斯托尼將陰極射線粒子命名為電子。 電子發(fā)現(xiàn)后，從很多

4、實驗證明電子是原子的組成電子發(fā)現(xiàn)后，從很多實驗證明電子是原子的組成部分。部分。 電子帶負(fù)電而原子又是中性的，很顯然，原子中電子帶負(fù)電而原子又是中性的，很顯然，原子中一定有帶正電的部分，而且電荷和電子總電荷相等。一定有帶正電的部分，而且電荷和電子總電荷相等。而且電子質(zhì)量很小，原子質(zhì)量幾乎全由正電部分承擔(dān)而且電子質(zhì)量很小，原子質(zhì)量幾乎全由正電部分承擔(dān). 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況那么原子中的正、負(fù)電荷的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢那么原子中的正、負(fù)電荷的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢 ? 為了使正負(fù)電荷中和成電中性的原子，湯姆遜為了使正負(fù)電荷中和成電中性的原子，湯姆遜很自然地想到了讓正負(fù)電荷均勻地混合在一起

5、。很自然地想到了讓正負(fù)電荷均勻地混合在一起。 湯姆遜提出了一個原子模型，他認(rèn)為原子中的湯姆遜提出了一個原子模型，他認(rèn)為原子中的正電荷分布在整個原子空間，電子則嵌在布滿正電荷正電荷分布在整個原子空間，電子則嵌在布滿正電荷的球內(nèi)，由于電子間的相互作用，電子均勻分布在正的球內(nèi)，由于電子間的相互作用，電子均勻分布在正電荷球內(nèi)。電荷球內(nèi)。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 當(dāng)原子處于最低的能量狀態(tài)時，電子處在其平當(dāng)原子處于最低的能量狀態(tài)時，電子處在其平衡位置上。衡位置上。 當(dāng)原于被激發(fā)時，電子偏離平衡位置，由于和當(dāng)原于被激發(fā)時，電子偏離平衡位置，由于和正電荷之間的靜電力，使它在平衡位置附近作簡

6、諧正電荷之間的靜電力，使它在平衡位置附近作簡諧振功。振功。 按照經(jīng)典的電磁理論，作加速運動的帶電物體按照經(jīng)典的電磁理論，作加速運動的帶電物體可發(fā)射電磁輻射，所發(fā)射的電磁輻射的頻率應(yīng)等于可發(fā)射電磁輻射，所發(fā)射的電磁輻射的頻率應(yīng)等于振動的頻率。振動的頻率。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 簡單的估算可給出輻射頻率約在紫外和可見光簡單的估算可給出輻射頻率約在紫外和可見光區(qū)，因此能定性解釋原子的輻射特性。區(qū)，因此能定性解釋原子的輻射特性。研究原子物理的兩種常用的方法為：碰撞和光譜。研究原子物理的兩種常用的方法為：碰撞和光譜。 當(dāng)時為研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，首先用的就是碰當(dāng)時為研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

7、，首先用的就是碰撞的方法。其中最有名的就是撞的方法。其中最有名的就是粒子散射實驗。粒子散射實驗。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況2、粒子散射實驗粒子散射實驗 1896年，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象，其中一種年，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象，其中一種帶正電的射線稱為帶正電的射線稱為射線。射線。 盧瑟福對這種射線進(jìn)行了一系列的研究，并證明盧瑟福對這種射線進(jìn)行了一系列的研究，并證明了了射線實際上是高速運動的帶兩個正電荷的氦離子射線實際上是高速運動的帶兩個正電荷的氦離子（獲（獲1908年諾貝爾化學(xué)獎）。年諾貝爾化學(xué)獎）。 他還發(fā)明了用他還發(fā)明了用粒子打在熒光屏上，通過對發(fā)光粒子打在熒光屏上，通過對發(fā)

8、光次數(shù)的計數(shù)來確定入射次數(shù)的計數(shù)來確定入射粒子的數(shù)目的方法。粒子的數(shù)目的方法。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 1909年，蓋革和馬斯頓利用年，蓋革和馬斯頓利用粒子轟擊鉑薄膜時，粒子轟擊鉑薄膜時，發(fā)現(xiàn)了一個令他們感到很吃驚的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了一個令他們感到很吃驚的現(xiàn)象: 他們的實驗裝置如圖所示他們的實驗裝置如圖所示: 其中其中S為一熒光屏，通過為一熒光屏，通過放大鏡放大鏡M可以觀察到熒光屏的可以觀察到熒光屏的閃光次數(shù)，從而知道打在閃光次數(shù)，從而知道打在S上的上的粒子數(shù)。粒子數(shù)。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 他們發(fā)現(xiàn)大部分他們發(fā)現(xiàn)大部分經(jīng)鉑散射后只有很小角度（經(jīng)鉑散射后只有很

9、小角度（23度）的偏轉(zhuǎn)，但有極少數(shù)（度）的偏轉(zhuǎn)，但有極少數(shù)（1/8000）的）的粒子發(fā)生一大粒子發(fā)生一大角度（大于角度（大于90度）的偏轉(zhuǎn)，甚至有些接近度）的偏轉(zhuǎn)，甚至有些接近180度。度。 按說按說1/8000已經(jīng)是個很小的數(shù)字了，很多人都會已經(jīng)是個很小的數(shù)字了，很多人都會認(rèn)為這可能只是一種偶然現(xiàn)象。認(rèn)為這可能只是一種偶然現(xiàn)象。 然而，這然而，這1/8000切引起了他們的注意，他們注意切引起了他們的注意，他們注意到：按湯姆遜的原子模型是不能會發(fā)生這種大角度散到：按湯姆遜的原子模型是不能會發(fā)生這種大角度散射的（盧瑟福把這一現(xiàn)象比喻成：用炮彈轟擊一張薄射的（盧瑟福把這一現(xiàn)象比喻成：用炮彈轟擊一張

10、薄紙時，炮彈被反彈了回來）。紙時，炮彈被反彈了回來）。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況為什么不可能呢？為什么不可能呢？ 由于原子的正負(fù)電荷相等而且呈球?qū)ΨQ分布，原由于原子的正負(fù)電荷相等而且呈球?qū)ΨQ分布，原子對子對粒子沒有作用力。粒子沒有作用力。 考慮到考慮到粒子的質(zhì)量比電子大得多是電子的粒子的質(zhì)量比電子大得多是電子的7300倍。倍。電子的作用幾乎可以忽略。電子的作用幾乎可以忽略。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 現(xiàn)在只考慮原子的正電部分對現(xiàn)在只考慮原子的正電部分對粒子的作用。粒子的作用。 設(shè)原子半徑為設(shè)原子半徑為R，正電荷，正電荷Ze均勻地分布在球體中均勻地分布在球體中

11、如圖所示：如圖所示： 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況因此最大的散射是發(fā)生在因此最大的散射是發(fā)生在從原子邊緣經(jīng)過時。從原子邊緣經(jīng)過時。也就是說也就是說離球心越近，所受的力越小。離球心越近，所受的力越小。根據(jù)電磁學(xué)知識我們知道：根據(jù)電磁學(xué)知識我們知道：當(dāng)當(dāng)粒子處在原子外時，所受庫侖力為：粒子處在原子外時，所受庫侖力為：到達(dá)球面時為：到達(dá)球面時為：而當(dāng)而當(dāng)進(jìn)入原子內(nèi)部時，所受的庫侖力為：進(jìn)入原子內(nèi)部時，所受的庫侖力為： 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況例例1.1.1 設(shè)入射設(shè)入射粒子的能量粒子的能量5MeV，散射體為厚，散射體為厚1 的鉑箔，用湯姆遜原子模型估計散射的鉑箔，用湯

12、姆遜原子模型估計散射粒子的偏轉(zhuǎn)角，粒子的偏轉(zhuǎn)角，及發(fā)生大于及發(fā)生大于90度角散射的概率。度角散射的概率。解：設(shè)原子的半徑解：設(shè)原子的半徑R10-10(1)計算計算粒子和原子的單次碰撞粒子和原子的單次碰撞 由上文已知由上文已知粒子只有在原子表面處受到的庫侖粒子只有在原子表面處受到的庫侖力最大，因此它的散射角也最大。力最大，因此它的散射角也最大。 下面我們舉例說明這時的散射角能有多大。下面我們舉例說明這時的散射角能有多大。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況我們對這種情形作估算：我們對這種情形作估算： 粒子穿過原子時，動量的改變量可近似為粒子穿過原子時，動量的改變量可近似為: (為偏轉(zhuǎn)角為

13、偏轉(zhuǎn)角)根據(jù)牛頓定理根據(jù)牛頓定理:Ft 其中其中t為為粒子飛越原子的時間，可近似為粒子飛越原子的時間，可近似為/，是是粒子的速度。粒子的速度。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 對對5MeV的的粒子可用非相對論運動學(xué)處理，能粒子可用非相對論運動學(xué)處理，能量量E=1/2V2，于是，于是 鉑原子的鉑原子的Z=78，將數(shù)字代入得到，將數(shù)字代入得到1=210-4弧度弧度度。度。 那么會不會是那么會不會是粒子與許多原子碰撞后，偏轉(zhuǎn)角粒子與許多原子碰撞后，偏轉(zhuǎn)角壘加產(chǎn)生的效果呢？壘加產(chǎn)生的效果呢？ 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 事實上，事實上，粒子的確與很多個原子發(fā)生碰撞粒子的確與

14、很多個原子發(fā)生碰撞（1um厚的鉑薄膜就有厚的鉑薄膜就有10000層原子），但不可能通層原子），但不可能通過每一個原子時都是向同一方向偏的，其偏轉(zhuǎn)方向過每一個原子時都是向同一方向偏的，其偏轉(zhuǎn)方向是隨機(jī)的，并服從高斯分布，散射角在（是隨機(jī)的，并服從高斯分布，散射角在（，+d）之間的概率為：之間的概率為： 其中多次散射角均方值其中多次散射角均方值 N為碰撞次為碰撞次數(shù)，若鉑薄膜厚數(shù)，若鉑薄膜厚1um，則，則N=10000，則，則粒子主要分粒子主要分布在布在 度的范圍內(nèi)。度的范圍內(nèi)。201. 010000 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 由上式積分可計算經(jīng)多次散射后發(fā)生大角由上式積分可計算

15、經(jīng)多次散射后發(fā)生大角散射的概率散射的概率如如600的概率小于的概率小于210-8，900的概率小于的概率小于10-2000。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：1、粒子散射理論粒子散射理論 2、盧瑟福理論的驗證、盧瑟福理論的驗證 3、原子核的大小、原子核的大小 4、同位素、同位素目的要求：目的要求：1、掌握原子的核式模型、掌握原子的核式模型、粒子散射理論，了解其粒子散射理論，了解其相關(guān)驗證實驗。相關(guān)驗證實驗。2、了解原子核的大小推斷方法，同位素的概念。、了解原子核的大小推斷方法，同位素的概念。重點難點：重點難點：粒子的散射理論。粒子的散射理論。 第一章第一章 原子的

16、基本狀況原子的基本狀況1、原子的核式模型、原子的核式模型 對散射實驗的結(jié)果經(jīng)過近兩年的分析，盧瑟福在對散射實驗的結(jié)果經(jīng)過近兩年的分析，盧瑟福在1911年提出原子的核式模型：年提出原子的核式模型： 原子中的正電荷集中在原子中心很小的區(qū)城內(nèi)，原子中的正電荷集中在原子中心很小的區(qū)城內(nèi)，并且原子的幾乎全部質(zhì)量也集中在這一區(qū)域，電子則并且原子的幾乎全部質(zhì)量也集中在這一區(qū)域，電子則分布在這一區(qū)域外面。分布在這一區(qū)域外面。 這個正電荷部分稱為原子核。這個正電荷部分稱為原子核。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況當(dāng)當(dāng)粒子射向原子時粒子射向原子時:由于由于粒子質(zhì)量比電子大很多，粒子質(zhì)量比電子大很多，它和

17、電子的相互作用幾乎對它的它和電子的相互作用幾乎對它的運動沒有影響，因此可以不考慮。運動沒有影響，因此可以不考慮。由于原子中的正電荷是集中在很由于原子中的正電荷是集中在很 小的區(qū)域內(nèi)，小的區(qū)域內(nèi)，粒子進(jìn)入原子時，它總是粒子進(jìn)入原子時，它總是 在原子核外，因此受到全部正電荷的作用，然而它與在原子核外，因此受到全部正電荷的作用，然而它與正電荷的距離正電荷的距離r可以很小?？梢院苄?。 這樣正電荷對它的庫侖作用力這樣正電荷對它的庫侖作用力 可以可以很大，因而有可能發(fā)生大角度散射。很大，因而有可能發(fā)生大角度散射。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況2、粒子的散射理論粒子的散射理論 同樣這里忽略電子

18、的作用，只考慮同樣這里忽略電子的作用，只考慮粒子與原子粒子與原子核之間的庫侖力核之間的庫侖力. 由于鉑原子核質(zhì)量是由于鉑原子核質(zhì)量是粒子質(zhì)量的粒子質(zhì)量的195/4倍，所以倍，所以也可以近似地認(rèn)為原子核不動也可以近似地認(rèn)為原子核不動 只有只有粒子受到庫侖力的作用改變了運動方向，粒子受到庫侖力的作用改變了運動方向，而且它們都可以認(rèn)為是點電荷。而且它們都可以認(rèn)為是點電荷。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 如圖，可以證明如圖，可以證明粒子的軌跡是一雙曲粒子的軌跡是一雙曲線，其兩條漸近線的夾角線，其兩條漸近線的夾角即為散射角即為散射角 我們只要算出我們只要算出粒子散射到無窮遠(yuǎn)粒子散射到無窮遠(yuǎn)

19、處時其垂直與入射處時其垂直與入射方向上的速度分量方向上的速度分量即可求得散射角即可求得散射角 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 選取原子核為坐標(biāo)原點，已知選取原子核為坐標(biāo)原點，已知粒子初速度為粒子初速度為v，初動量為初動量為mv。，角動量為，角動量為L=mv。b 原子核對原子核對粒子的作用力在垂直方向上的分量為粒子的作用力在垂直方向上的分量為sin)42(sin202rZeFF 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況由角動量守恒由角動量守恒 所以所以 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 由于原子核可認(rèn)為不動，又由于動量守恒，所以由于原子核可認(rèn)為不動，又由于動量守恒，所以粒

20、子散射到無窮遠(yuǎn)時，其動值仍為粒子散射到無窮遠(yuǎn)時，其動值仍為mv。，與原方向，與原方向的夾角為的夾角為，所以它在垂直方向的速度為，所以它在垂直方向的速度為所以所以 所以所以 （式中（式中m為為粒子質(zhì)量，后面用粒子質(zhì)量，后面用M表示）表示） 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況由此可看出，瞄準(zhǔn)距離由此可看出，瞄準(zhǔn)距離b越小則散射角越大越小則散射角越大 但實驗時不可能測量單但實驗時不可能測量單個個粒子對單個靶原子的瞄粒子對單個靶原子的瞄準(zhǔn)距離，實驗測到的是大量準(zhǔn)距離，實驗測到的是大量粒子和大量靶原子的散射粒子和大量靶原子的散射事件，實驗的數(shù)據(jù)應(yīng)服從事事件，實驗的數(shù)據(jù)應(yīng)服從事件的統(tǒng)計規(guī)律。件的統(tǒng)

21、計規(guī)律。 所以我們要由核式模型推出散射的所以我們要由核式模型推出散射的粒子數(shù)和散射粒子數(shù)和散射角的關(guān)系，這才能和實驗結(jié)果比較。角的關(guān)系，這才能和實驗結(jié)果比較。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 由上面得到的碰撞公式可知，由上面得到的碰撞公式可知，如里如里粒子打在瞄準(zhǔn)距離（粒子打在瞄準(zhǔn)距離（b,b-db）的圓環(huán)內(nèi)，則的圓環(huán)內(nèi)，則粒子必定散射在粒子必定散射在張角為（張角為（，+d）的錐殼所對）的錐殼所對應(yīng)的立體角內(nèi)。如圖。應(yīng)的立體角內(nèi)。如圖。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況現(xiàn)在先計算瞄準(zhǔn)距離為（現(xiàn)在先計算瞄準(zhǔn)距離為（b,b-db）圓環(huán)的面積）圓環(huán)的面積, 由上面得到的碰撞公式

22、平方后取微分可得：由上面得到的碰撞公式平方后取微分可得： 上式可用空心圓錐的立體角表示，因上式可用空心圓錐的立體角表示，因所以所以 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 這就是盧瑟福的散射公式，它能否解釋這就是盧瑟福的散射公式，它能否解釋粒子散粒子散射的實驗結(jié)果呢，我們把這個公式與所能觀察的數(shù)值射的實驗結(jié)果呢，我們把這個公式與所能觀察的數(shù)值聯(lián)系起來。聯(lián)系起來。 d是面積，通過的是面積，通過的粒子與它成正比，所以粒子與它成正比，所以d和和觀察到的觀察到的粒子數(shù)有關(guān)系。粒子數(shù)有關(guān)系。 設(shè)薄膜面積為設(shè)薄膜面積為A（受到（受到粒子射擊的面積），厚粒子射擊的面積），厚度為度為t，如果原子數(shù)量密度為

23、，如果原子數(shù)量密度為N，那么薄膜中的原子，那么薄膜中的原子數(shù)為數(shù)為 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 假設(shè)原子對射來的假設(shè)原子對射來的粒子前后不互相遮蔽，那么粒子前后不互相遮蔽，那么膜上散射到（膜上散射到（，+d）內(nèi)的總有效散射面積是）內(nèi)的總有效散射面積是 如果共有如果共有n個個粒子射擊到全部面積粒子射擊到全部面積A上，其中有上，其中有dn個散射到（個散射到（，+d）的）的d內(nèi)，則內(nèi)，則 此式表示此式表示d與與dn/n成正比，因此成正比，因此d代表散射到代表散射到（，+d）內(nèi)的幾率的大小。將上式代入散射公式）內(nèi)的幾率的大小。將上式代入散射公式即得即得 第一章第一章 原子的基本狀況原子

24、的基本狀況物理意義：物理意義： （1）在同一）在同一粒子源和同一散射物的情況下，粒子源和同一散射物的情況下， （2）用同一）用同一粒子源和同一散射村料，在同一散射粒子源和同一散射村料，在同一散射角處接必到角處接必到粒子的概率與散射物的厚度粒子的概率與散射物的厚度t成正比；成正比； （粒子散射到單粒子散射到單位立體角內(nèi)的幾率與位立體角內(nèi)的幾率與 成反比）；成反比）； 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 （3）用同一散射物，在同一散射角，）用同一散射物，在同一散射角， =常常數(shù)（接收到的散射粒子數(shù)與數(shù)（接收到的散射粒子數(shù)與粒子的初速度的粒子的初速度的4次方成次方成反比）；反比）； （4）用

25、同一）用同一粒子源，在同一散射角，對同一粒子源，在同一散射角，對同一Nt值，值， 成正比（接收到的散射粒子數(shù)與散射物質(zhì)的原子序成正比（接收到的散射粒子數(shù)與散射物質(zhì)的原子序數(shù)（所帶正電量）的平方成正比）。數(shù)（所帶正電量）的平方成正比）。 有了這個結(jié)論就可通過實驗進(jìn)行驗證了。有了這個結(jié)論就可通過實驗進(jìn)行驗證了。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況3、盧瑟福理論的實驗驗證、盧瑟福理論的實驗驗證 1913年，蓋革和馬斯頓又仔細(xì)進(jìn)行了年，蓋革和馬斯頓又仔細(xì)進(jìn)行了粒子散射粒子散射實驗，結(jié)果完全證實了由原子核式模型推導(dǎo)出的前三實驗，結(jié)果完全證實了由原子核式模型推導(dǎo)出的前三種關(guān)系，第四種由于當(dāng)時無法精

26、確地測量得和同物質(zhì)種關(guān)系，第四種由于當(dāng)時無法精確地測量得和同物質(zhì)原子所帶的正電，直到原子所帶的正電，直到1920年才得到驗證。年才得到驗證。(1)實驗時在不同散射角處計錄到的實驗時在不同散射角處計錄到的粒子數(shù)不同，且粒子數(shù)不同，且相差很遠(yuǎn)，但角度在相差很遠(yuǎn)，但角度在45150度時度時 卻基本卻基本保持不變，可以認(rèn)為是常數(shù)，當(dāng)散射角較小時保持不變，可以認(rèn)為是常數(shù)，當(dāng)散射角較小時, 有一些變化，其原因我們后面再討論。有一些變化，其原因我們后面再討論。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況（2）散射粒子數(shù)與散射物厚度）散射粒子數(shù)與散射物厚度t的關(guān)系也得到了驗證，的關(guān)系也得到了驗證，當(dāng)然，當(dāng)然，

27、t不能太大。因為那樣會導(dǎo)致原子前后相互遮不能太大。因為那樣會導(dǎo)致原子前后相互遮當(dāng)。當(dāng)。（3）讓）讓粒子通過不同厚度的云母片，可得到不同速粒子通過不同厚度的云母片，可得到不同速度的度的粒子，實驗結(jié)果如表。也與理論完全相符。粒子，實驗結(jié)果如表。也與理論完全相符。（4）1920年，查德維克對散射裝置進(jìn)行了改進(jìn)，測年，查德維克對散射裝置進(jìn)行了改進(jìn)，測行式（行式（5）中的）中的n、 、粒子的速度粒子的速度v以及散射以及散射物質(zhì)單位體積中的原子數(shù)物質(zhì)單位體積中的原子數(shù)N，較準(zhǔn)確地測定了幾種元，較準(zhǔn)確地測定了幾種元素（銅、銀、鉑）原子的正電量。素（銅、銀、鉑）原子的正電量。ddn/ 如表，這個結(jié)論證明了原子

28、的電荷數(shù)如表，這個結(jié)論證明了原子的電荷數(shù)Z等于該元素的等于該元素的原子序數(shù)。也進(jìn)一步證明了盧瑟福的原子核式模型的原子序數(shù)。也進(jìn)一步證明了盧瑟福的原子核式模型的正確性正確性。第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況4、原子核大小的推斷、原子核大小的推斷 在前面說到的核式模型并說明原子核到底有多少在前面說到的核式模型并說明原子核到底有多少在在 但我們可以知道在但我們可以知道在粒子在速個散射過程中始終粒子在速個散射過程中始終處在原子核之外處在原子核之外 所以我們可以根據(jù)所以我們可以根據(jù)粒子達(dá)到離原子核最小的距粒子達(dá)到離原子核最小的距離來估算原子核的大小。離來估算原子核的大小。 第一章第一章 原子的

29、基本狀況原子的基本狀況以上兩式消去以上兩式消去v，并代入前面求得的，并代入前面求得的b，得到：，得到：又根據(jù)角動量守恒有：又根據(jù)角動量守恒有： 設(shè)設(shè)粒子的初速度為粒子的初速度為v，在離原子核最近，在離原子核最近rm處時處時的速度為的速度為v，則根據(jù)能量守恒定律有：，則根據(jù)能量守恒定律有： 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況 由此可見，觀測到的由此可見，觀測到的越大，越大，粒子與原子核的最粒子與原子核的最小距離越小。小距離越小。 因此只要測出散射中出現(xiàn)的最大散射角就可以做因此只要測出散射中出現(xiàn)的最大散射角就可以做算出原子核的大小。盧瑟福當(dāng)年測得多種金屬的原子算出原子核的大小。盧瑟福當(dāng)年測

30、得多種金屬的原子核的大小都在核的大小都在10-14數(shù)量級上。數(shù)量級上。 事實上，現(xiàn)在的測量結(jié)果也是在事實上，現(xiàn)在的測量結(jié)果也是在10-1410-15?？?。可見原子核只占了原子中很小的一部分空間。所以才見原子核只占了原子中很小的一部分空間。所以才會有散射理論的兩個前提假設(shè)。會有散射理論的兩個前提假設(shè)。 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況5、對、對粒子散射實驗的一些說明粒子散射實驗的一些說明 （1）假定原子前后不相互遮擋。）假定原子前后不相互遮擋。 （2）粒子只經(jīng)過一次散射（小角度散射不滿足，粒子只經(jīng)過一次散射（小角度散射不滿足，所以前面的實驗結(jié)果在所以前面的實驗結(jié)果在45度以下時與理論值

31、不相符）度以下時與理論值不相符）6、意義、意義 （1）最重要的意義是提出廠原子的）最重要的意義是提出廠原子的“核式結(jié)構(gòu)核式結(jié)構(gòu)”，即提出了以核為中心的概念，從而將原子分為核外即提出了以核為中心的概念，從而將原子分為核外與核內(nèi)兩個部分與核內(nèi)兩個部分(我們在日常生活中主要只接觸到核我們在日常生活中主要只接觸到核外這一部分外這一部分)，并且大膽地承認(rèn)了高密度的原子核的，并且大膽地承認(rèn)了高密度的原子核的存在存在 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況（2）盧瑟福散射不僅對原于物理起了很大的作用，）盧瑟福散射不僅對原于物理起了很大的作用，而且這種以散射為手段研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，對近代而且這種以散射為

32、手段研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，對近代物理一直起著巨大的影響物理一直起著巨大的影響 一旦我們在散射實驗中觀察到盧瑟福散射所具有一旦我們在散射實驗中觀察到盧瑟福散射所具有的特征的特征(所謂所謂“盧瑟福影子盧瑟福影子”)，我們就能預(yù)料到，在，我們就能預(yù)料到，在研究的對象中可能存在點狀的亞結(jié)構(gòu)研究的對象中可能存在點狀的亞結(jié)構(gòu)（3）盧瑟福散射為材料分析提供了一種手段。）盧瑟福散射為材料分析提供了一種手段。 1967年，美國發(fā)送了一只飛行器到月球上，器內(nèi)年，美國發(fā)送了一只飛行器到月球上，器內(nèi)裝有一只裝有一只源，利用源，利用粒子對月球表面的盧瑟福散射，粒子對月球表面的盧瑟福散射，分析了月球表面的成分把結(jié)果發(fā)回地球分析了月球表面的成分把結(jié)果發(fā)回地球 第一章第一章 原子的基本狀況原子的基本狀況7、困難、困難（1）無法解釋原子的穩(wěn)定性）無法解釋原子的穩(wěn)定性 誰都知道，任何帶電粒子在作加速運動的過程中誰