原子物理学原子物理1.ppt

原子物理学原子物理1
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1811年，阿伏伽德罗（）定律问世，提出1mol任何原子的数目都是 个。
1833年，法拉第（）提出电解定律带+2e的电荷，质量约为 。
氦核
：散射角
实验在真空中进行
放射源 R 中发出一细束α粒子，直射到铂的薄膜F上，由于各α粒子所受铂中原子的作用不同，所以沿着不同的方向散射。荧光屏S及放大镜M可以移动到不同的方向对散射的α粒子进行观察。从而记录下单位时间内在某一特定方向散射的α粒子数。进而研究α粒子通过铂的薄片后按不同的散射角θ的分布情况。
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实验结果：大多数散射角很小，约1/8000散射大于90°；极个别的散射角等于180°。
这是我一生中从未有过的最难以置信的事件，它的难以置信好比你对一张白纸射出一发15英寸的炮弹，结果却被顶了回来打在自己身上
——卢瑟福的话
1英寸=
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α粒子的大角散射，说明它受到很大的力的作用！
2、汤姆逊模型的困难
汤姆逊模型是否可以提供如此大的力？
汤姆逊模型：正电荷均匀分布在原子球体内，电子镶嵌其中
近似1：忽略电子对α粒子散射的影响。
近似2：只受库仑力的作用。
原因：α粒子的质量是电子质量的7300多倍， α粒子在接近电子时，二者受相同的作用力，动量改变也相同。但由于质量原因，电子速度比α粒子速度改变大得多，故此时可假设电子离去，对α粒子的影响不大。
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根据汤姆逊模型，原子中正电+Ze均匀分布，类似一个均匀带电球体。设原子半径为R,，可得α粒子入射时所受作用力:
R
+Ze
α粒子
r
+2e
当r>R时，库仑斥力为：
当r<R时，库仑斥力为：
当r=R时，库仑斥力为：
r
F
R
对于汤姆逊模型而言，只有掠入射(r=R)时,入射α 粒子受力最大，设为 Fmax ，我们来看看此条件下α 粒子的最大偏转角是多少？
如上图,我们假设α 粒子以速度v射来,且在原子附近度过的整个时间内均受到 Fmax 的作用,那么会产生多大角度的散射呢?
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取 表示α粒子在原子附近度过的时间.
α粒子受原子作用后动量的改变量：
tgθ值很小,所以近似有
代入Fmax值,
解得:
所以
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α粒子的动能
金属薄片的原子量
大角散射不可能在汤姆逊模型中发生,散射角大于3°的远小于1%；散射角大于90°的约为10-3500.
必须重新寻找原子的结构模型。
如果以能量为5MeV的α粒子轰击金箔,最大偏转角为
考虑电子的影响， α粒子的散射角也很小：
解决方法：减少带正电部分的半径R，使作用力增大。
困难：作用力F太小，不能发生大角散射。
这是我一生中从未有过的最难以置信的事件，它的难以置信好比你对一张白纸射出一发15英寸的炮弹，结果却被顶了回来打在自己身上
——卢瑟福的话
1英寸=
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对于α粒子发生大角度散射的事实,无法用汤姆逊(Thomoson)，排斥力才会大到使α粒子发生大角度散射,在此基础上,卢瑟福(Rutherford)于1911提出了原子的核式模型.
原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部的正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围.
3、卢瑟福核式结构模型
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原子半径的数量级：
原子核半径的数量级：
定性解释：由于原子核很小，绝大部分粒子并不能瞄准原子核入射，而只是从原子核周围穿过，所以原子核的作用力仍然不大，偏转也很小。但有少数粒子有可能从原子核附近通过，这时r较小，受的作用力较大，就会有较大的偏转，而极少数正对原子核入射的粒子，由于r很小，受的作用力很大，就有可能反弹回来。所以卢瑟福的核式结构模型能定性地解释α粒子散射实验。
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4、α粒子散射理论
（一次散射理论）
假设：忽略电子的作用 、 原子核（靶核）不动、只有库仑作用力、
只发