原子物理学_凤尔银_第一章原子的基本状况30页PPT文档
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大角散射是值得注意的现象。
“……然后，我记得是在两三天以后，盖革十分 兴奋地跑来告诉我，‘我们已经能够看到某些散 射粒子向后方跑出来了……’那直是我一生中从 未有过的最难以置信的事件，它几乎就象你用 15吋的炮弹射击一张薄纸，结果炮弹返回来击 中了你那样也令人难以置信！”
……卢瑟福
3、汤姆逊原子模型解释大角散射的困难
汤姆逊正在进行实验
二. 粒子散射实验
为研究原子内部的结构和电荷分布，人们很自然的想利用高 速粒子去轰击原子，根据入射粒子的散射情况来了解原子内 部的情形。
散射：粒子流射入物体，与物体中 的粒子相互作用，沿各个方向射出 的现象。
1896年，贝克勒尔发现了放射性现象，一种带正电的射线
叫 射线。卢瑟福对 射线作了系统的研究，确认 射线
粒子散射应当与原子内部正电荷分布情况相关！
2、实验装置及结果
• R:放射源
实
• S:闪烁屏
验
• A:带刻度圆盘
装
• T:抽空B的管
置
和
模
拟
实
验
F:散射箔 B:圆形金属匣
C:光滑套轴
M:显微镜
( a) 侧视图
(b) 俯视图
结果：。绝大多数散射角小于2Hale Waihona Puke Baidu；约1/8000 散射角大于 90度，有的几乎达180度。
The Nobel Prize in Physics 1923
for his work on the elementary charge of electricity
and on the photoelectric effect
R. Millikan
(1868-1953)
2．电子的电量和质量
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。
2．原子质量
元素 X 的原子质量为：
M(X) A(g) Au NA
A：一摩尔原子以克为单位的质量数（原子量）。
No表示阿佛加德罗常数，No=6.022×1023/mol
对氢原子：MH =1.67367×10-27kg
3、阿佛加德罗常数No
No是联系微观物理量与宏观物理量的纽带。 例：①No k=R 普适气体常数R，k：玻尔兹曼常数
1.设计思想
“在我年轻时，我观察过粒子的散射，并且盖革博士（助手）
在我的实验室中仔细地研究了它。他发现在重金属薄片中 粒
子的散射一般是微小的，约一度左右。有一天盖革走过来对
我说，‘你是否认为跟我搞放射性方法的年轻人马斯登应该
开始作一点研究？’我说，为什么不让他查看一下是否 粒子
能有大角度的散射？’。。。” ……卢瑟福
J. J. Thomson (1856-1940)
in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases
（1）加电场：P1-〉P2
_
阴极射线带负电
（2）再加磁场：P2-〉P1
BeveE
（3）去电场：射线成一圆 形轨迹
m v2 Bev r
可求电子的荷质比 e/m
E B+
e 1.75881011C/Kg m
e =1.602×10－19（c） me=9.109×10－31kg
质子质量： mp1.672610-27Kg
m p 1836.15 me
原子物理中重 要的两个无量 纲常数之一。
3．电子的大小
从电子的静电固有能估计电子的经典半径：
re~2.8 10 15m 2.8fm
1.2 粒子的散射实验和原子的核模型
一.汤姆逊原子模型
• 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
“布丁”模型。
1874 年 1881 年 1897 年
Stoney提出电荷的最小单位 eFNA Stoney命名电量子为电子
J.J.Thomson证实阴极射线由负电微粒组成 通过磁场中的偏转测 e m e 电子的发现
1899 年1909 年
Thomson测量 e 和 m e Millikan油滴实验精确测定 e
The Nobel Prize in Physics 1906
汤姆逊提出原子的布丁(pudding)模型,认为正电荷均匀分布
在半径为R 的原子球体内,电子像布丁镶嵌在其中,如下左图
布丁模型
核心模型
按照布丁模型，原子只对掠过边界（R）的α粒子有较大
的偏转。
p Ft :
2Ze2 2R 4 0R 2 v
p P
m ax
p p
2Ze2 4 0R
/1 2
m
v2
2 Z 1 .4 4 fm M eV
实际上是高速运动的He++离子（1908，他还发现了用粒 子打在荧光屏上，通过对发光次数的计数来确定粒子的数 目。
卢瑟福1871年8月30日生于新 西兰的纳尔逊，毕业于新西兰 大学和剑桥大学。 1898年到加拿大任马克歧尔 大学物理学教授，达9年之久， 这期间他在放射性方面的研究， 贡献极多。1907年，任曼彻 斯特大学物理学教授。1908 年因对放射化学的研究荣获诺 贝尔化学奖。1919年任剑桥 大学教授，并任卡文迪许实验 室主任。1931年英王授予他 勋爵的桂冠。1937年10月19 日逝世。
+Ze
F
0 .1n m E K (M eV )
v
3 10 5
Z
m
E K (M eV )
EK=5.0 MeV ， Z(金)=79 ，θ max<10-3弧度≈0.057o。
布丁模型下，单次碰撞不可能引起大角散射！
多次散射呢？
多次散射引起的偏转角仍很小，在1度左右。
r
3A
4 N
A
3
Li原子 A=7， ρ =0.7， rLi=0.16nm； Pb原子 A=207，ρ =11.34，rPb=0.19nm；
原子的半径都约为10-10 m即Å的量级。
三.关于电子
1．电子的发现
1833 Faraday电解定律：析出物质量正比于电解液电量 年 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数） F
②No e=F 法拉第常数F=96486.7 C/mol
微观物理量通过No这个大常数与宏观物理量联系，告诉我们原子和 分子实际上是多么的小。
二.原子的大小量级
将原子看作是球体,1摩尔原子占体积为
4 3
r
3
N
A
如果物质的密度为 ，A为原子量，则1摩尔原子占有体积
A/ cm3
例如
43r3NA
A(g)
1
“……然后，我记得是在两三天以后，盖革十分 兴奋地跑来告诉我，‘我们已经能够看到某些散 射粒子向后方跑出来了……’那直是我一生中从 未有过的最难以置信的事件，它几乎就象你用 15吋的炮弹射击一张薄纸，结果炮弹返回来击 中了你那样也令人难以置信！”
……卢瑟福
3、汤姆逊原子模型解释大角散射的困难
汤姆逊正在进行实验
二. 粒子散射实验
为研究原子内部的结构和电荷分布，人们很自然的想利用高 速粒子去轰击原子，根据入射粒子的散射情况来了解原子内 部的情形。
散射：粒子流射入物体，与物体中 的粒子相互作用，沿各个方向射出 的现象。
1896年，贝克勒尔发现了放射性现象，一种带正电的射线
叫 射线。卢瑟福对 射线作了系统的研究，确认 射线
粒子散射应当与原子内部正电荷分布情况相关！
2、实验装置及结果
• R:放射源
实
• S:闪烁屏
验
• A:带刻度圆盘
装
• T:抽空B的管
置
和
模
拟
实
验
F:散射箔 B:圆形金属匣
C:光滑套轴
M:显微镜
( a) 侧视图
(b) 俯视图
结果：。绝大多数散射角小于2Hale Waihona Puke Baidu；约1/8000 散射角大于 90度，有的几乎达180度。
The Nobel Prize in Physics 1923
for his work on the elementary charge of electricity
and on the photoelectric effect
R. Millikan
(1868-1953)
2．电子的电量和质量
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。
2．原子质量
元素 X 的原子质量为：
M(X) A(g) Au NA
A：一摩尔原子以克为单位的质量数（原子量）。
No表示阿佛加德罗常数，No=6.022×1023/mol
对氢原子：MH =1.67367×10-27kg
3、阿佛加德罗常数No
No是联系微观物理量与宏观物理量的纽带。 例：①No k=R 普适气体常数R，k：玻尔兹曼常数
1.设计思想
“在我年轻时，我观察过粒子的散射，并且盖革博士（助手）
在我的实验室中仔细地研究了它。他发现在重金属薄片中 粒
子的散射一般是微小的，约一度左右。有一天盖革走过来对
我说，‘你是否认为跟我搞放射性方法的年轻人马斯登应该
开始作一点研究？’我说，为什么不让他查看一下是否 粒子
能有大角度的散射？’。。。” ……卢瑟福
J. J. Thomson (1856-1940)
in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases
（1）加电场：P1-〉P2
_
阴极射线带负电
（2）再加磁场：P2-〉P1
BeveE
（3）去电场：射线成一圆 形轨迹
m v2 Bev r
可求电子的荷质比 e/m
E B+
e 1.75881011C/Kg m
e =1.602×10－19（c） me=9.109×10－31kg
质子质量： mp1.672610-27Kg
m p 1836.15 me
原子物理中重 要的两个无量 纲常数之一。
3．电子的大小
从电子的静电固有能估计电子的经典半径：
re~2.8 10 15m 2.8fm
1.2 粒子的散射实验和原子的核模型
一.汤姆逊原子模型
• 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
“布丁”模型。
1874 年 1881 年 1897 年
Stoney提出电荷的最小单位 eFNA Stoney命名电量子为电子
J.J.Thomson证实阴极射线由负电微粒组成 通过磁场中的偏转测 e m e 电子的发现
1899 年1909 年
Thomson测量 e 和 m e Millikan油滴实验精确测定 e
The Nobel Prize in Physics 1906
汤姆逊提出原子的布丁(pudding)模型,认为正电荷均匀分布
在半径为R 的原子球体内,电子像布丁镶嵌在其中,如下左图
布丁模型
核心模型
按照布丁模型，原子只对掠过边界（R）的α粒子有较大
的偏转。
p Ft :
2Ze2 2R 4 0R 2 v
p P
m ax
p p
2Ze2 4 0R
/1 2
m
v2
2 Z 1 .4 4 fm M eV
实际上是高速运动的He++离子（1908，他还发现了用粒 子打在荧光屏上，通过对发光次数的计数来确定粒子的数 目。
卢瑟福1871年8月30日生于新 西兰的纳尔逊，毕业于新西兰 大学和剑桥大学。 1898年到加拿大任马克歧尔 大学物理学教授，达9年之久， 这期间他在放射性方面的研究， 贡献极多。1907年，任曼彻 斯特大学物理学教授。1908 年因对放射化学的研究荣获诺 贝尔化学奖。1919年任剑桥 大学教授，并任卡文迪许实验 室主任。1931年英王授予他 勋爵的桂冠。1937年10月19 日逝世。
+Ze
F
0 .1n m E K (M eV )
v
3 10 5
Z
m
E K (M eV )
EK=5.0 MeV ， Z(金)=79 ，θ max<10-3弧度≈0.057o。
布丁模型下，单次碰撞不可能引起大角散射！
多次散射呢？
多次散射引起的偏转角仍很小，在1度左右。
r
3A
4 N
A
3
Li原子 A=7， ρ =0.7， rLi=0.16nm； Pb原子 A=207，ρ =11.34，rPb=0.19nm；
原子的半径都约为10-10 m即Å的量级。
三.关于电子
1．电子的发现
1833 Faraday电解定律：析出物质量正比于电解液电量 年 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数） F
②No e=F 法拉第常数F=96486.7 C/mol
微观物理量通过No这个大常数与宏观物理量联系，告诉我们原子和 分子实际上是多么的小。
二.原子的大小量级
将原子看作是球体,1摩尔原子占体积为
4 3
r
3
N
A
如果物质的密度为 ，A为原子量，则1摩尔原子占有体积
A/ cm3
例如
43r3NA
A(g)
1