《原子物理学》(褚圣麟)第一章 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。
→A克原子的总体积为
，A/ (cm3)
一个原子的体积为 4 r3 ，
即所以34 原r3 子NA的 A半/ 径
r
3
3 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。
Li
7
0.7
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？........
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) ,
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。
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；
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。
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。
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。”
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ห้องสมุดไป่ตู้领域中的应用 5.原子物理学化学研究领域的应用 ………
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
第一章 原子的基本状况
内容：
1、汤姆逊原子结构模型
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
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 个。 NA
1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定律，1mol任何原 子的单价离子永远带有相同的电量-即法拉第常数，
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
重点：原子的核式结构、卢瑟福散射理论
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。
课程说
明 原子物理学是物理学专业的一门重要基础课程。
它上承经典物理，下接量子力学，属于近代物理的范 畴。
在内容体系的描述上，原子物理学采用了普通物 理的描述风格，讲述量子物理的基本概念和物理图象 ，以及支配物质运动和变化的基本相互作用，并在此 基础上，利用量子力学的思想和结论，讨论物质结构 在原子、原子核以及基本粒子等结构层次的性质、特 点和运动规律。
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）
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
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；
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。
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。
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。