《原子物理学》PPT课件

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me 1
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mp 1836
1-1-2 电子的电荷和质量(2)
密立根油滴实验 (2) 原子呈中性，原子中具有带负电的电子， 必定有带正电的物质(对于氢原子，这 种带正电荷的物质称为质子)
原子 = 正电物质 + 负电物质 + 不带电物质
1-1-2 电子的电荷和质量(3)
原子质量单位 [u] 1[u] ≡ 1个12C 原子质量/12
12克
1
.
[克] 1.66 10 24[克]
12 N A
NA
原子质量 MA [u] = 原子量 [u] = A [u]
1-1-3 原子的大小
原子半径 一个原子体积 =
4 r3
3
= 一个原子的质量 / 原子质量密度 =
原子半径 r =
(
3A
)1 3
4 N A
数量级：r ~ 10-10 m = 1 Å
1-3-1 库仑散射公式的推导(4)
推导库仑散射公式
F ma Z1Z2e2 r 0 m dv
40r 2
dt
mr 2 d L
中心力角动量守恒
dt
Z1Z2e2 r 0 m dv d
40r 2
d dt
dv
1
4 0
Z1Z 2 e 2
mr 2 d
dr 0
Z1Z 2 e 2
4 0 L
dr 0
dt
1-3-1 库仑散射公式的推导(5)
v sin 1 Z1Z2e2 cos 1 Z1Z2e2 cos
1-3-1 库仑散射公式的推导(1)
远离靶核的入射能量E,电荷Z1e的带电粒子与电荷Z2e的靶核散射
散射角
瞄准距离 碰撞参数
1-3-1 库仑散射公式的推导(2)
库仑散射公式
b a ctg
22
a Z1Z2e2
4 0 E
库仑散射因子
1-3-1 库仑散射公式的推导(3)
假定： 1. 单次散射 2. 点电荷，库仑相互作用 3. 核外电子的作用可略 4. 靶原子核静止（靶核重，晶体结构牢固）
1-2-2 粒子散射实验(1)
•实验装置
α粒子散射实验：
探测器
α粒子
金原子
1-2-2 粒子散射实验(2)
实验结果：
绝大多数 粒子散射角： ~ 2º - 3º 1/8000的 粒子散射角：> 90º
奇怪
相当于炮弹被一张纸反弹回来一样！
1-2-3 解释 粒子散射实验(1)
带正电物质散射（汤氏模型）(1) 原子的正电荷Ze对入射的 粒子(2e)产生的力
1-1 背景知识
1. 电子的发现 2. 电子的电荷和质量 3. 原子的大小
1-1-1 电子的发现
汤姆逊阴极射线实验
实验装置
+
-
D
C
P1
E
H⊙
P2
阴极射线(C)狭缝(A,B)金属板(D,E)荧光A屏,B
+
D,E加电场 射线P1 P2 阴极射线带负电
E 再加磁场 射线P2 P1 Hev=Ee v=E/H
dv Z1Z2e2 r 0d;
4 0 L
dv v f vi v f vi eu
E
1 2
m
vi
2
1 2
m
vf
2
vi
vf
v;
vf
vi
2v sin 2
1-3-1 库仑散射公式的推导(6)
r 0d
(i
0
cos
j sin )d
2
cos
2
i
sin
2
j
cos
2
eu
1-3-1 库仑散射公式的推导(7)
1 2Ze2
F
4 0
1
40
r2
2Ze2 R3
r
rR rR
R
r
原子半径
1-2-3 解释 粒子散射实验(2)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(2)
– 正电荷Ze对粒子(2e)的最大力
–散射角
F 1 2Ze2
40 R2
p
p
p’
p
p
–动量的变化~力乘以粒子在原子度过的时间2R/v
1-2-3 解释 粒子散射实验(3)
H 去掉电场 射线半径r mv2/r= Hev e/m=v/Hr
1-1-2 电子的电荷和质量(1)
密立根油滴实验 (1) 测得电子电量为：e = 1.6×10-19 C (库仑) 电子质量 me = 9.1×10-31 kg 密立根首次发现了电荷的量子化
• 电荷只能是 e 的整数倍
若知H+(质子）的荷质比
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m
v02
1 2
m
v12
1 2
meve2
入射的粒子
散射后的粒子
散射后的电子
ve
2m v0 m me
2m v0 m
2v0
p m v0 m v1 meve 2mev0
1-2-3 解释 粒子散射实验(5)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(5)
E 5MeV Z=79
一重次复散散射射的也散不射会角产生p大角度3105 Z rad<104 Z rad<103 rad
• 重复散射p 为随机, 平均E之后不会朝一个E方 向特别不会稳定地朝
某源自文库方向散射
103 rad
汤姆逊原子模型与实验不符!
1-3 卢瑟福散射公式
1. 库仑散射公式的推导 2. 卢瑟福公式的推导
带正电物质散射（汤氏模型）(3) 相对动量的变化
e2
4 0
p 2FR / v 2Ze2 /(40R)
p
m v
1 2
m
v2
E
R
2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
A/ NA
1-2 卢瑟福模型的提出
1. 原子正负电荷如何分布? 2. 粒子散射实验 3. 解释 粒子散射实验
1-2-1 原子正负电荷如何分布? (1)
汤姆逊原子模型
正电荷均匀分布在整个原子球体内， 电子镶嵌在其中（同心球壳上）。
卢瑟福的核型结构模型 原子是由带正电的原子核和核外 作轨道运动的电子组成
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(2)
p m v0 m v1 meve 2mev0 p m v0
p 2mev0 2me 1 104
p
m v0
m
4000
电子引起α粒子的偏转角非常小 可以说几乎没有什么贡献
1-2-3 解释 粒子散射实验(6)
带正电物质散射（汤氏模型）(6) 粒子对金的散射角
原子物理学
第一章 原子的位型: 卢瑟福原子模型 第二章 原子的量子态: 玻尔模型 第三章 原子的精细结构: 电子自旋 第四章 多电子原子:泡利原理 第五章 X射线 第六章 原子核物理概论
第1-一1 章背景原知子识的位型: 卢瑟福原子模型
1-2 卢瑟福模型的提出 1-3 卢瑟福散射公式 1-4 卢瑟福公式的实验验证 1-5 行星模型的意义及困难