中财网武松和杨志谁厉害:原子的核式结构
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/05/09 15:55:59
http://class.htu.cn/yuanziwuli/chap1/1.htmhttp://class.htu.cn/yuanziwuli/chap1/2.htm
第一章 原子的核式结构
•§1.1原子和电子
•§1.2 原子的核式结构
§1.1 原子和电子
一、原子
科学的发展不仅证实了原子的存在，也使人类获得丰富的关于原子的知识，原子并不是像某些古代人想象的那样是简单而又不可分割的，它有着复杂的内部结构和运动形式。
1、原子的概念
（1）远在两千多年前，古希腊哲学家德膜克利特
（Democritus)提出“原子”这 个概念，意思是
“不可分割的”，并 把它作为物质的最小单元
（2）19世纪初期，道尔顿(J.Dalton)提出原子学说：
（ 3）现在原子的概念，基本沿用道耳顿的学说，
它 是化学反应中不可分割的微粒。
• （i) 一定质量的某种元素，由极大数目的该元素
的原子构成。
• （ii) 每种元素的原子，都具有相同的质量，不同
元素的原子，质量各不相同。
•
种比率化合成几种化合物的分子。
2、原子的质量
• （1） 不同的原子有不同的质量
•
（3） 原子质量的相对值：
(4) 原子质量的绝对值
•
N0: 阿伏加德罗常数。(6.022%1023/mol)
3、原子的大小
气体：
N：单位体积的原子数目
：平均自由程。
表1.1几种元素原子半径的大小
二、电子
1897年，汤姆逊通过阴极射线管的实验发现了电子，并进一步测出了电子的荷质比:e/m
汤姆逊被誉为:
“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人。”
*电子的发现 导致了原子物理这门学科的诞 生。
汤姆逊正在进行实验
P2 A P1 S O P 阴极射线实验装置示意图 阴极射线管
1、电子的电荷和质量
电荷：e =（4.803242 ± 0.000014)´10-10esu 或 ：e =（1.6021892±0.0000040)´10-19c 质量：me= (9.109534 ±0.00049)´10-31kg
( 电子的质量随速度变化，
但电量不随速度变化。)
2、电子的大小
电子的经典半径的上限：
re=(2.8179380 ±0.0000070)´10-15m
（这是根据电子质量起源于电磁场的
假设求得的电子半径）
§1.2 原子的核式结构 (卢瑟福模型)
原子决不能被看作简单的东西或已知的最小的实物粒子。
- 恩格斯（1882）
• 一、汤姆逊原子模型
• 二、卢瑟福原子模型
• 三、a粒子散射实验
• 四、a粒子散射理论
• 五、卢瑟福理论的实验验证
• 六、原子核半径的估算
• 七、对a粒子散射实验的说明
• 八、a粒子散射实验的意义及卢瑟福模型的困难
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“西瓜”模型。
汤姆逊正在进行实验
该模型对原子发光现象的解释
二、
卢瑟福原子模型
盖革（左）和卢瑟福在实验室
1909年汤姆逊的学生卢瑟福通过实验否定了汤姆逊模型,建立了卢瑟福原子模型。
三、a粒子散射实验
目的检验汤姆逊模型的正确性
原理检验汤姆逊模型的正确性
实验装置和模拟实验
• R:放射源
• F:散射箔
• S:闪烁屏
•
B:圆形金属匣
( a) 侧视图 (b) 俯视图
按汤姆逊模型从理论上预言:
散射角大于3°的比1%少得多；
散射角大于90°的约为10-3500。
10-3500 ---------- 1/8000
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°。
结论：正电荷集中在原子中心。
用卢瑟福自己的话说:
“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，而当我做出计算时看到，除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统，是无法得到这种数量级的任何结果的，这就是我后来提出的原子具有体积很小而质量很大的核心的想法。”
原子核式结构模型
原子序数为Z的原子的中心,有一个带正电荷的核(原子核),它所带的正电量Ze ,它的体积极小但质量很大,几乎等于整个原子的质量,正常情况下核外有Z个电子围绕它运动。
论
建立在原子的核式结构模型基础之上，并且假设：
1、 忽略电子的作用，因为：
3、大角散射是一次散射结果。
4、原子核不动，m核>>m （如不做这一假定，粒子的质量
卢瑟福散射公式
ds=2pb ½ db ½
散射截面和微分散射截面：
对薄箔，可通过实验验证的公式
五、卢瑟福理论的实验验证
从公式
可以预言下列四种关系：
（1）在同一a 粒子源和同一散射物的情况下
(2) 用同一a粒子源和同一种材料的散射物，在同一散射角，
(3) 用同一个散射物，在同一个散射角，
(4) 用同一个a粒子源，在同一个散射角，对同一Nt值，
六、原子核半径的估算
rm=3×10-14m （金）
rm=1.2 ×10-14 m （铜）
rm=2 ×10-14m （银）
七、对a粒子散射实验的说明
（1）
（2）大角散射是一次散射的结果。仅对大角(θ>45°)有效。当θ<45°时,理论与实验偏离很大。
八、a粒子散射实验的意义 及卢瑟福模型的困难
（一）意义：
1、通过实验解决了原子中正、负电荷的排布问题，建立了一个与实验相符的原子结构模型，使人们认识到原子中的正电荷集中在核上，提出了以核为中心的概念，从而将原子分为核外与核内两部分，并且认识到高密度的原子核的存在，在原子物理学中起了重要作用。
2、 a粒子散射实验为人类开辟了一条研究微观粒子结构的新途径，以散射为手段来探测，获得微观粒子内部信息的方法，为近代物理实验奠定了基础，对近代物理有着巨大的影响。
3、a粒子散射实验还为材料分析提供了一种手段。
（二）困难
1、原子稳定性问题
2、原子线状光谱问题
小结
• 一、汤姆逊原子模型
• 二、卢瑟福原子模型
• 三、
• 四、
• 五、卢瑟福理论的实验验证
• 六、原子核半径的估算
• 七、对a粒子散射实验的说明
• 八、a粒子散射实验的意义及卢瑟福模型的困难