原子物理學(xué)：第1章 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)

1、1.2 原子的核式結(jié)構(gòu)1903年 J.J.湯姆遜提出，原子中的正電荷和原子質(zhì)量均勻地分布在半徑為10-10m的球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子則在這個球體內(nèi)游動。這些電子能在它們的平衡位置上作簡諧振動，觀察到的原子所發(fā)光譜的各種頻率就相當(dāng)于這些振動的頻率。為了解釋元素周期表，湯姆遜還假設(shè)，電子分布在一個個環(huán)上：第一個環(huán)上只可放5個電子，第二個環(huán)上可放10個電子一、湯姆遜原子結(jié)構(gòu)模型這種模型的特點：特別穩(wěn)定，并在解釋元素周期性方面確實取得一定的成功. 熒光屏顯微鏡 粒子鐳放射源金箔二、 粒子散射實驗 粒子為氦核速度轟擊金箔。以c/15的實驗結(jié)果表明：絕大部分粒子經(jīng)金箔散射后，散射角很?。?3），但有1/8

2、000的粒子偏轉(zhuǎn)角大于90 盧瑟福感到很驚奇，他說：“就象一枚15英寸的炮彈打在一張紙上又被反射回來一樣”，簡直不可理解。盧瑟福經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏评碇?，?911年提出了“核式結(jié)構(gòu)模型” 。這樣的實驗結(jié)果是不可能用湯姆遜模型給予解答的.考慮兩個外形、大小、電荷和質(zhì)量相同的帶電球體，其中一個球體的電荷密度均勻分布，另一集中在球心。現(xiàn)用一帶電粒子轟擊這兩個球體。湯姆遜模型中，不可能出現(xiàn)較大的相互作用力，而盧瑟福模型可以出現(xiàn)很大的作用力，可能使得入射離子反彈.盧瑟福模型湯姆遜模型三、 盧瑟福原子有核模型根據(jù)力學(xué)原理可證明粒子的運動軌跡是雙曲線：其中：b為瞄準(zhǔn)距離，M為粒子的質(zhì)量通過b為外半徑、b-d

3、b為內(nèi)半徑環(huán)形面積的粒子必定從 和+d 之間的空心圓錐中散射出去。環(huán)形面積為： d=2bdb用空心圓錐體的立體角d代替d得到：這就是盧瑟福散射公式。d就是粒子散射到和+d之間立體角d的有效散射截面，又稱為微分截面.如果有n個粒子射到A上，其中有dn個散射到和+d之間的d中，這些肯定落在d上。盧瑟福方程改寫為將盧瑟福散射公式和實驗所能觀察的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來.A為薄膜面積、t為薄膜厚度、N為單位體積的原子數(shù)。原子總數(shù)為：總的有效散射面積為：設(shè)薄膜很薄，這些原子對射來的粒子前后不互相遮蔽，在實驗上，往往是用測量熒光屏方向上的小的立體角d和粒子數(shù)dn代替總的立體角d和粒子數(shù)dn的.可以發(fā)現(xiàn)：等號的右邊等于常數(shù)是對于同一粒子源、同一散射物，左邊的數(shù)值不隨的改變而改變.四、 盧瑟福理論的實驗驗證在同一粒子源和同一散射物的情況下從表中可以看到盡管dn相差很大，但是 相差不大，可見理論對大角度是合適的，小角度（90o的粒