第一章 原子物理学.ppt

第一章原子物理学第1页，共24页，星期日，2025年，2月5日§1背景知识一．电子的发现1．1811年，阿伏伽德罗常数NA，即1mol任何原子数目都为NA；2．1833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；3．1874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，共24页，星期日，2025年，2月5日4．真正从实验上确认电子的存在，是在1897年由汤姆逊作出的．1897年，汤姆逊通过阴极射线管的实验发现了电子，并进一步测出了电子的荷质比:e/m汤姆逊被誉为:“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人.”图１汤姆逊正在进行实验第3页，共24页，星期日，2025年，2月5日图2阴极射线实验装置示意图加电场E后，射线偏转，?阴极射线带负电。再加磁场H后，射线不偏转，??。去掉电场E后，射线成一圆形轨迹，??求出荷质比。实验的关键是高真空的获得。第4页，共24页，星期日，2025年，2月5日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=110-19C，m=9.1093897×10-31kg。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/me≈1836。第5页，共24页，星期日，2025年，2月5日在此实验中，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解决的一个难题。第6页，共24页，星期日，2025年，2月5日三．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)×10-27kgg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，共24页，星期日，2025年，2月5日四．原子的大小一种原子，A克x原子具有NA个x原子，密度ρ，体积为A/ρ。假如一个原子占有体积为4πr3/3，则不同原子的半径几乎都差不多，r≈10-10m=1=0.1nm。第8页，共24页，星期日，2025年，2月5日§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，共24页，星期日，2025年，2月5日一、汤姆逊原子模型－布丁模型1903年英国科学家汤姆逊提出“葡萄干蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型－原子中正电荷和质量均匀分布在原子大小的弹性实心球内，电子就象西瓜里的瓜子那样嵌在这个球内。该模型对原子发光现象的解释：电子在其平衡位置作简谐振动的结果，原子所发出的光的频率就相当于这些振动的频率。第10页，共24页，星期日，2025年，2月5日二．卢瑟福模型盖革－马斯顿实验（α粒子散射实验）实验结果：大多数散射角很小，约1/8000散射大于90°；极个别的散射角等于180°。R:放射源；F:散射箔；?S:闪烁屏；B:金属匣α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——卢瑟福的话第11页，共24页，星期日，2025年，2月5日2.汤姆逊模型的困难近似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rR时，原子受的库仑斥力为：当rR时，原子受的库仑斥力为：当r=R时，原子受的库仑斥力最大：近似2：只受库仑力的作用。第12页，共2