原子物理：chap1 原子的基本状况
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2、原子的相对质量---原子量：
由于各种不同原子的质量都很小，所以在物理和 化学上经常采用相对质量---原子量来描述。 如何定义？
3 2020/12/22
原子质量单位u：
自然界中最丰富的一种元素12C的质量的1/12
1u=1.994×10-26kg/12=1.661×10-27kg
原子量A：
A MA /u
1910年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值为
e =1.602×10－19（C）
从而电子质量是
me=9.109×10－31kg=0.511MeV/c2 =5.487×10－4u
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电荷量。
电子的发现具有划时代的意义，它说明原子并非 “不可分割”的，其必然存在内部结构，人们必将冲破 千百年来认为原子是组成物质的最小单元的陈旧观念， 而去了解物质结构的更深层次。因此这一发现连同X射 线和放射性的发现，极大的震动了经典物理学，把物理 学带到了伟大变革的边缘，成为新物理学革命的前奏曲。
9 2020/12/22
至今我们已经知道： 原子中存在电子，它的质量只是整个原子质量的极小 的一部分，电子带负电。原子则是中性的，这意味着 原子中还有带正电的部分，它负担了原子质量的绝大 部分。即原子由带正电的部分和带负电的电子构成。
那么问题出现：
在大约10-10m的范围内，带负电、质量很小的电子 与带正电的、质量很大的部分在原子中是如何分布、 如何运动的呢？ 这就是我们下面要讨论的内容。
其中：A是原子质量的相对值，MA是原子质量的绝对值。
根据质能关系 E mc2 ，也用能量单位表示质量。
mp 938 .28MeV me 0.511MeV
1eV 1.602191019 J
原子量物理意义： 代表一摩尔原子以克为单位的质量数。
4 2020/12/22
二、阿伏伽德罗定律：
1811年，意大利物理学家阿伏伽德罗提出：一摩 尔任何原子所含原子的数目都是一样的，这个常数称 为阿伏伽德罗常数。
由此可以看出：
NA F / e (e为电子电量)
N A 确实将宏观世界观测量F与微观电量e联系起来了。 目前认为最精密的数值为
N A 6.0221367 (36) 1023 / mol
6 2020/12/22
三、原子的大小
将原子看作是半径为r的球体,其体积为 4r3 / 3,则
一摩尔原子占体积为 4r3 / 3 • N A A(g) /
由于1mol元素的质量为该元素的原子量A(g)，所以
A(g) N A M A (g) M A (g) A(g) / N A
NA是物理学中很重要的常数，它是联系微观物理学 和宏观物理学的纽带，它将微观量和宏观量联系起来。 关于这一点，在以后的学习中大家会逐步体会到的。
由于对任何微观世界物理量的测量都是在宏观世 界进行的，因此都必须借助于NA；NA之巨大说明微观 世界之细小。所以NA的精确测量很重要。
5 2020/12/22
NA的测量方法很多，在此介绍一种较早的测量方法。
1838年，伟大的英国物理学家法拉第在总结大量实 验结果的基础上，确定了法拉第电解定律：
任何一摩尔单价离子永远带有相同的电量F(法拉第常数)
经实验测定，F的值为： F 96486.7C
结合阿伏伽德罗定律可知：F N Ae, 测出e，就可以求出 N A
10 2020/12/22
§1.2 原子的核式结构模型
1、汤姆逊模型 2、α粒子散射实验 3、汤姆逊模型的困难 4、卢瑟福的核式结构模型 5、卢瑟福散射公式 6、原子核大小的估计
11 2020/12/22
ห้องสมุดไป่ตู้
一、汤姆逊模型：
1903年，汤姆逊提出，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，这种模型被称为“西瓜模型” 或“葡萄干面包”模型。
原子物理学的任务就是要研究这几种基本粒子是 如何构成各种各样、具有各种元素特性的原子的。
1 2020/12/22
§1.1 原子的质量和大小
1. 原子的质量 2. 阿伏伽德罗定律 3. 原子的大小 4. 电子的发现
2 2020/12/22
一、 原子的质量
1、原子的绝对质量：
一百多种元素的原子，其质量各不相同。 质量最轻的氢原子： 1.673×10-27kg 含量最丰富的碳原子：1.994×10-26kg 原子质量的数量级： 10-27kg---10-25kg
原子发光：
电子在其平衡位置作简谐振动的结果， 原子的发光频率就是其振动频率。
该模型所预言的原子光谱与实验观测的数据 困难： 完全不符，特别是α粒子散射实验否定了汤
姆逊的原子模型。 12 2020/12/22
二、α粒子散射实验
1、几个概念： α粒子：放射性元素发射出的高速带电粒子，速度约为
光速的1/10，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
其中： 是原子质量密度，单位为 g/cm3
1
原子的半径为
r
3A
4 N
A
3
(cm)
另外课本还介绍了两种估计原子半径的方法。
（1）从各种不同方法估计同一种原子的半径所得结果
所得数值可能有些出入，但是数量级是相同的。
（2）各种原子的半径是不同的，但都具有相同的数量
级，都是 1010 m
7
2020/12/22
四、电子的发现
1897年汤姆逊从如右图
放电管中的阴极射线发现了
带负电的电子,并测得了e/m比。
工作原理：
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， Be Ee E / B
去掉电场E后，射线成一圆形轨迹，Be m 2
r
e E m rB2
求出荷质比 e / m。
8 2020/12/22
第一章：原子的基本状况
科学的发展证实了原子的存在，但是并不是如同 古人所想象的那么简单且是不可分割的，而是有复杂 的内部结构和运动，并且是可以击破的。
各种物质都是由元素组成的，原子是元素的最小 单元。各种元素的原子结构与性质是有区别的，即存 在不同类型的原子，并且有各自的结构和特性。
但是各种不同的原子也具有共性， 都可被击破， 同时击破后各种原子的组成成分是相同的，都是几种 基本的粒子。
由于各种不同原子的质量都很小，所以在物理和 化学上经常采用相对质量---原子量来描述。 如何定义？
3 2020/12/22
原子质量单位u：
自然界中最丰富的一种元素12C的质量的1/12
1u=1.994×10-26kg/12=1.661×10-27kg
原子量A：
A MA /u
1910年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值为
e =1.602×10－19（C）
从而电子质量是
me=9.109×10－31kg=0.511MeV/c2 =5.487×10－4u
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电荷量。
电子的发现具有划时代的意义，它说明原子并非 “不可分割”的，其必然存在内部结构，人们必将冲破 千百年来认为原子是组成物质的最小单元的陈旧观念， 而去了解物质结构的更深层次。因此这一发现连同X射 线和放射性的发现，极大的震动了经典物理学，把物理 学带到了伟大变革的边缘，成为新物理学革命的前奏曲。
9 2020/12/22
至今我们已经知道： 原子中存在电子，它的质量只是整个原子质量的极小 的一部分，电子带负电。原子则是中性的，这意味着 原子中还有带正电的部分，它负担了原子质量的绝大 部分。即原子由带正电的部分和带负电的电子构成。
那么问题出现：
在大约10-10m的范围内，带负电、质量很小的电子 与带正电的、质量很大的部分在原子中是如何分布、 如何运动的呢？ 这就是我们下面要讨论的内容。
其中：A是原子质量的相对值，MA是原子质量的绝对值。
根据质能关系 E mc2 ，也用能量单位表示质量。
mp 938 .28MeV me 0.511MeV
1eV 1.602191019 J
原子量物理意义： 代表一摩尔原子以克为单位的质量数。
4 2020/12/22
二、阿伏伽德罗定律：
1811年，意大利物理学家阿伏伽德罗提出：一摩 尔任何原子所含原子的数目都是一样的，这个常数称 为阿伏伽德罗常数。
由此可以看出：
NA F / e (e为电子电量)
N A 确实将宏观世界观测量F与微观电量e联系起来了。 目前认为最精密的数值为
N A 6.0221367 (36) 1023 / mol
6 2020/12/22
三、原子的大小
将原子看作是半径为r的球体,其体积为 4r3 / 3,则
一摩尔原子占体积为 4r3 / 3 • N A A(g) /
由于1mol元素的质量为该元素的原子量A(g)，所以
A(g) N A M A (g) M A (g) A(g) / N A
NA是物理学中很重要的常数，它是联系微观物理学 和宏观物理学的纽带，它将微观量和宏观量联系起来。 关于这一点，在以后的学习中大家会逐步体会到的。
由于对任何微观世界物理量的测量都是在宏观世 界进行的，因此都必须借助于NA；NA之巨大说明微观 世界之细小。所以NA的精确测量很重要。
5 2020/12/22
NA的测量方法很多，在此介绍一种较早的测量方法。
1838年，伟大的英国物理学家法拉第在总结大量实 验结果的基础上，确定了法拉第电解定律：
任何一摩尔单价离子永远带有相同的电量F(法拉第常数)
经实验测定，F的值为： F 96486.7C
结合阿伏伽德罗定律可知：F N Ae, 测出e，就可以求出 N A
10 2020/12/22
§1.2 原子的核式结构模型
1、汤姆逊模型 2、α粒子散射实验 3、汤姆逊模型的困难 4、卢瑟福的核式结构模型 5、卢瑟福散射公式 6、原子核大小的估计
11 2020/12/22
ห้องสมุดไป่ตู้
一、汤姆逊模型：
1903年，汤姆逊提出，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，这种模型被称为“西瓜模型” 或“葡萄干面包”模型。
原子物理学的任务就是要研究这几种基本粒子是 如何构成各种各样、具有各种元素特性的原子的。
1 2020/12/22
§1.1 原子的质量和大小
1. 原子的质量 2. 阿伏伽德罗定律 3. 原子的大小 4. 电子的发现
2 2020/12/22
一、 原子的质量
1、原子的绝对质量：
一百多种元素的原子，其质量各不相同。 质量最轻的氢原子： 1.673×10-27kg 含量最丰富的碳原子：1.994×10-26kg 原子质量的数量级： 10-27kg---10-25kg
原子发光：
电子在其平衡位置作简谐振动的结果， 原子的发光频率就是其振动频率。
该模型所预言的原子光谱与实验观测的数据 困难： 完全不符，特别是α粒子散射实验否定了汤
姆逊的原子模型。 12 2020/12/22
二、α粒子散射实验
1、几个概念： α粒子：放射性元素发射出的高速带电粒子，速度约为
光速的1/10，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
其中： 是原子质量密度，单位为 g/cm3
1
原子的半径为
r
3A
4 N
A
3
(cm)
另外课本还介绍了两种估计原子半径的方法。
（1）从各种不同方法估计同一种原子的半径所得结果
所得数值可能有些出入，但是数量级是相同的。
（2）各种原子的半径是不同的，但都具有相同的数量
级，都是 1010 m
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2020/12/22
四、电子的发现
1897年汤姆逊从如右图
放电管中的阴极射线发现了
带负电的电子,并测得了e/m比。
工作原理：
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， Be Ee E / B
去掉电场E后，射线成一圆形轨迹，Be m 2
r
e E m rB2
求出荷质比 e / m。
8 2020/12/22
第一章：原子的基本状况
科学的发展证实了原子的存在，但是并不是如同 古人所想象的那么简单且是不可分割的，而是有复杂 的内部结构和运动，并且是可以击破的。
各种物质都是由元素组成的，原子是元素的最小 单元。各种元素的原子结构与性质是有区别的，即存 在不同类型的原子，并且有各自的结构和特性。
但是各种不同的原子也具有共性， 都可被击破， 同时击破后各种原子的组成成分是相同的，都是几种 基本的粒子。