资源预览内容
第1页 / 共55页
第2页 / 共55页
第3页 / 共55页
第4页 / 共55页
第5页 / 共55页
第6页 / 共55页
第7页 / 共55页
第8页 / 共55页
第9页 / 共55页
第10页 / 共55页
亲,该文档总共55页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
Automic Physics 原子物理学第一章:原子的位形:卢斯福模型第一节 背景知识 第二节 卢斯福模型的提出 第三节 卢斯福散射公式 第四节 卢斯福公式的实验验证 第五节 行星模型的意义及困难第一章:原子的位形:卢斯福模型第一节 背景知识第二节 卢斯福模型的提出第三节 卢斯福散射公式第四节 卢斯福公式的实验验证第五节 行星模型的意义及困难Automic Physics 原子物理学结束第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型“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。定比定律:倍比定律:元素按一定的物质比相互化合。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。关于卢 斯福原子电子在十九世纪,人们在大量的实验中认识了 一些定律,如:结束目录nextback在此基础上,1893年道尔顿提出了他的原 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;3.两种可以化合的元素,它们的原子可能按几种不同的比率化合成几种化合物的分子。第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型根据道尔顿的原子学说,我们可以对简单 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,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,温同压下,相同体积的不同 气体含有相等数目的分子。原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型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?在学习这门课的时候;一部分问题的谜 底会逐渐揭开,现在我们来粗略地估计一下 原子的大小。原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型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。若该元素的原子量为A,那么1mol该原子的质量为A,若这种原子的质量密度为 ,那么A克原子的总体积为 ,一个原子占的有体积为 ,即 所以原子的半径 ,依此可以算出不同原子的半径,如下表所示:原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型元素原子量质质量密度原子半径Li 7 0.7 0.16Al 27 2.7 0.16Cu 63 8.9 0.14S 32 2.07 0.18Pb 207 11.34 0.19不同原子的半径原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型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。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。原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型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,这个电荷是斯迪尼提出,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。原子电子关于卢 斯福结束目录nextback第一节:背景知识第一章:原子的位形:卢斯福模型卢瑟福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。关于卢 斯福原子电子结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型在汤姆逊(Thomson)发现电子之后,对于 原子中正负电荷的分布他提出了一个在当时 看来较为合理的模型.即原子中带正电部分均匀分布在原子体内 ,电子镶嵌在其中,人们称之为“葡萄干面包 模型“.Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型为了检验汤姆逊模型是否正确,卢瑟福于 1911年设计了粒子散射实验,实验中观察到 大多数粒子穿过金箔后发生约一度的偏转.但 有少数粒子偏转角度很大,超过90度以上, 甚至达到180度.对于粒子发生大角度散射的事实,无法 用汤姆逊(Thomoson)模型加以解释.除非原 子中正电荷集中在很小的体积内时,排斥力 才会大到使粒子发生大角度散射,在此基 础上,卢瑟福(Rutherford)提出了原子的核 式模型.Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型汤姆逊(Thomson)模型认 为,原子中正电荷均匀分布在 原子球体内,电子镶嵌在其 中。原子如同西瓜,瓜瓤好 比正电荷,电子如同瓜籽分 布在其中。同时该模型还进一步假定,电子分布在分 离的同心环上,每个环上的电子容量都不相同 ,电子在各自的平衡位置附近做微振动。因而 可以发出不同频率的光,而且各层电子绕球心 转动时也会发光。这对于解释当时已有的实验 结果、元素的周期性以及原子的线光谱,似乎 是成功的。Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型粒子散射实验是卢斯福于1911年设计 的,后来根据实验的结果,卢斯福否定了 汤姆逊模型并提出了原子的核式模型Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型实验装置如上图所示。放射源 R 中发出一细束粒子,直射 到金属箔上以后,由于各粒子所受金属箔中原子的作用不同, 所以沿着不同的方向散射。荧光屏S及放大镜M可以沿着以F为中 心的圆弧移动。当S和M对准某一方向上,通过F而在这个方向散射 的粒子就射到S上而产生闪光,用放大镜M观察闪光,就能记录 下单位时间内在这个方向散射的粒子数。从而可以研究粒子 通过金属箔后按不同的散射角的分布情况。Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型粒子散射实验观察到:被散射的粒子大部分分布在小角度区域, 但是大约有1/8000的粒子散射角 90度,甚 至达到180度,发生背反射。粒子发生这么大 角度的散射,说明它受到的力很大。汤姆逊模型是否可以提供如此大的力? 我们来看一看这两个模型对应的力场模型Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型由于核式模型正电荷集中在原子中心很 小的区域,所以无限接近核时,作用力会 变得的很大,而汤姆逊模型在原子中心附 近则不能提供很强的作用力。下面我们通过计算来看一看,按照汤姆逊 模型,粒子的最大偏转角可能是多少。Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型假设有一个符合汤 姆逊的带电球体, 即均匀带电。那么 当粒子射向它时 ,其所受作用力:F(r)=Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型对于汤姆逊模型而言,只有掠入射(r=R) 时,入射 粒子受力最大,设为 Fmax ,我们 来看看此条件下 粒子的最大偏转角是多少 ?如上图,我们假设 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?Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型解: 由角动量定理得:其中 表示粒子在原子附近度过的 时间.代入Fmax值,解得:所以:tg值很小,所以近似有(1)Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型上面的计算我们没有考虑核外电子的影 响,这是因为电子的质量仅为粒子质量的 1/8000,它的作用是可以忽略的,即使发生对 头碰撞,影响也是微小的,当粒子与电子发 生正碰时,可以近似看作弹性碰撞,动量与动 能均守恒Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型即:解得:所以上式化为:所以:(2)Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型综合(1),(2)两式知:如果以能量为5MeV的粒子轰击金箔,最 大偏转角为:即在上述两种情形下,粒子散射角都很小,故 Tomson模型不成立Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二节:卢斯福模型的提出第一章:原子的位形:卢斯福模型粒子散射实验否定了汤姆逊的原子模 型,根据实验结果,卢瑟福于1911年提出 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.卢瑟福根据设想的模型,从理论上推导出散射公 式,并被盖革-马斯顿实验所验证,核式模型从而被 普遍接受。Rutherford模 型的提出Thomson模型散射实验Thomson模 型的失败结束目录nextback第二
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号