《原子物理学》褚圣麟原子的基本状况

第1章 原子的基本状况
根据道尔顿的原子学说，可以对简单的无机化学中的化 合物的生成给予定量的解释，反过来，许多实验也证实了原 子学说；并且人们发现气态物质参与的化学反应时的元素的 重量与体积也遵循上述规律。盖·吕萨克定律告诉我们，同温 同压下，在每一种生成或分解的气体中，组分和化合物气体 的体积彼此之间具有简单的整数比，与前述规律进行对比， 我们可以得到这样的结论：气体的体积与其中所含的粒子数 目有关。阿伏伽德罗定律告诉我们，同温同压下，相同体积 的不同气体含有相等数目的分子。
原子的单价离子永远带有相同的电量-即法拉第常数，
1874年，斯迪尼（G.T.Stoney）综合上述两个定律，指 出原子所带电荷为一个电荷的整数倍，并用“电子”来命 名这个电荷的最小单位。但实际上确认电子的存在，却是 20多年后汤姆逊（J.J.Thomson）的工作；
ห้องสมุดไป่ตู้
1897年，汤姆逊（J.J.Thomson）发现电子：通过阴极 射线管中电子荷质比的测量，汤姆逊（J.J.Thomson）预 言了电子的存在。
第1章 原子的基本状况
原子物理课程分为三个层次：第一是成熟、已有定 论的基本内容，要求学生掌握并能运用；第二是目前已取 得最新研究成果，要求学生掌握其物理概念和物理图象； 第三对于前沿研究课题内容，要求学生了解其研究方向。 在内容上，它由原子物理和原子核两部分组成。
主要讲授：绪论、原子的基本状况、原子的能级和 辐射、量子力学初步、碱金属原子、多电子原子、磁场中 的原子、原子的壳层结构、X射线、原子核等九章内容。
第1章 原子的基本状况
原子物理学的研究对象是电子、原子核、基本粒 子。课程内容抽象枯燥。为了帮助学生建立清晰的物 理图像，树立鲜明的物理思想，在讲授中我们充分发 挥多媒体技术的优势，再现原子物理学重大发现的物 理过程，避开量子力学复杂的数学计算，着重阐述基 本概念和基本规律，建立具体的物理模型，引导学生 主动把握所研究的对象，学会物理学的研究方法和研 究思想，养成良好的自学习惯。
原子物理学的发展历史
1.古代的原子论： 中国古代的原子论（墨子-“端”） 古希腊的原子论（德漠克利特）
2. 近代原子说（道尔顿） 3. 19世纪末—20世纪初的原子说（卢瑟福、玻尔）
4. 量子力学和现代原子物理学 （薛定谔、狄拉克）
第1章 原子的基本状况
原子物理学的地位、作用和研究前景
1.原子物理学在材料科学中的应用 2.原子物理学在宇观研究领域中应用：星际分子、宇宙 起源等 3.原子物理学在激光技术及光电子研究领域的应用 4.原子物理学在生命科学领域中的应用 5.原子物理学化学研究领域的应用
当原子学说逐渐被人们接受以后，人们又面临着新的问题： 原子有多大？ 原子的内部有什么？ 原子是最小的粒子吗？........
第1章 原子的基本状况
原子的大小
假设某固体元素的原子是球状的，半径为r米，原子之间
是紧密地堆积在一 起的。该元素的原子量为A，那么1mol该 原子的质量为A，若这种原子的质量 密度为(g/cm3) ,
重点：原子的核式结构、卢瑟福散射理论
第1章 原子的基本状况
1.1 背景知识
1、原子
“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的”。在公元前4世 纪，古希腊哲学家德漠克利特(Democritus)提出这一概念，并把 它看作物质的最小单元。 在十九世纪，人们在大量的实验中认识 了一些定律，如： 定比定律：元素按一定的物质比相互化合。 倍比定律：若两种元素能生成几种化合物，则在这些化合物中， 与一定质量的甲元素化合的乙元素的质量，互成简单整数比。 在此基础上，1893年道尔顿（J.Dalton）提出了他的原子学说， 他认为 1.一定质量的某种元素，由极大数目的该元素的原子所构成； 2.每种元素的原子，都具有相同的质量，不同元素的原子，质量也 不相同； 3.两种可以化合的元素，它们的原子可能按几种不同的比率化合成 几种化合物的分子。
Li
7
0.7
0.16
Al
27
2.7
0.16
Cu
63
8.9
0.14
S
32
2.07
0.18
Pb
207
11.34
0.19
第1章 原子的基本状况
2、电子
电子的发现并不是偶然的，在此之前已有丰富的积累。
1811年，阿伏伽德罗（A.Avogadno）定律问世，提出
1mol任何原子的数目都是N
个。
A
1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定律，1mol任何
……… 学习原子物理学应注意的问题
1.实践是检验真理的标准 2.科学是逐步地不断地发展的 3.对微观体系不能要求都按宏观规律来描述 4.要善于观察、善于学习、善于动脑、开拓进取，不断 创新
第一章 原子的基本状况
内容：
1、汤姆逊原子结构模型 2、原子的核式结构 3、卢瑟福散射理论 4、原子的组成和大小 5、卢瑟福核式结构的意义和困难
通过原子物理学课的学习，不仅要掌握原子世界 的基本规律，培养良好的自学能力和科研素质，还要 学习物理学家们那种创造性研究问题的思想和方法， 借以培养自己的创新能力。
第1章 原子的基本状况
原子物理的研究对象、内容、研究方法
研究对象
原子物理学属近代物理学课程，它是研究物质在原子层 次内由什么组成，它们如何作用，发生什么样的运动形 态的理论。即主要研究原子结构与性质及有关问题。它 是关于物质微观结构的一门科学。
→A克原子的总体积为 A/(cm3) ，
一个原子的体积为 4 r 3 ，
即所以34原r3子NA的A半/径
3
r3 3A/4NA
，
依此可以算出不同原子的半径，如下表所原示子：大小的线度在
元素
原子量 质量密度 原子半径 ρ /(g/cm3) r/nm
10-10m=1Å=0.1nm数 量级。
研究内容
由原子物理和原子核两部分组成。 原子物理部分从原子光谱入手，研究价电子的运动规律； 从元素周期律和X射线入手研究内层电子的运动规律和排 布。 原子核部分主要研究核的整体性质、核力、核模型、核 衰变、核反应、核能的开发和利用、以及基本粒子的一 些知识。
第1章 原子的基本状况
研究方法：
从光谱及实验资料入手，提出假设，建立模型，然后再 进行实验验证，最后形成理论。正如恩格斯所说：“只要 自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”