《原子物理學》PPT課件

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1、原 子 物 理 學,第一章 原子的位型: 盧瑟福原子模型 第二章 原子的量子態(tài): 玻爾模型 第三章 原子的精細結(jié)構(gòu): 電子自旋 第四章 多電子原子:泡利原理 第五章 X射線 第六章 原子核物理概論,第一章 原子的位型: 盧瑟福原子模型,1-1 背景知識 1-2 盧瑟福模型的提出 1-3 盧瑟福散射公式 1-4 盧瑟福公式的實驗驗證 1-5 行星模型的意義及困難,1-1 背景知識,電子的發(fā)現(xiàn) 電子的電荷和質(zhì)量 原子的大小,湯姆遜陰極射線實驗 實驗裝置 陰極射線(C)狹縫(A,B)金屬板(D,E)熒光屏 D,E加電場 射線P1 P2 陰極射線帶負電 再加磁場 射線P2 P1 Hev=Ee v=E

2、/H 去掉電場 射線半徑r mv2/r= Hev e/m=v/Hr,1-1-1 電子的發(fā)現(xiàn),1-1-2 電子的電荷和質(zhì)量(1),密立根油滴實驗 (1) 測得電子電量為：e = 1.610-19 C (庫侖) 電子質(zhì)量 me = 9.110-31 kg 密立根首次發(fā)現(xiàn)了電荷的量子化 電荷只能是 e 的整數(shù)倍 若知H+(質(zhì)子）的荷質(zhì)比 ,,1-1-2 電子的電荷和質(zhì)量(2),密立根油滴實驗 (2) 原子呈中性，原子中具有帶負電的電子， 必定有帶正電的物質(zhì)(對于氫原子，這 種帶正電荷的物質(zhì)稱為質(zhì)子) 原子 = 正電物質(zhì) + 負電物質(zhì) + 不帶電物質(zhì),1-1-2 電子的電荷和質(zhì)量(3),原子質(zhì)量單位

3、 u 1u 1個12C 原子質(zhì)量/12 原子質(zhì)量 MA u = 原子量 u = A u,,1-1-3 原子的大小,原子半徑 一個原子體積 = = 一個原子的質(zhì)量 / 原子質(zhì)量密度 = 原子半徑 r = 數(shù)量級：r 10-10 m = 1 ,1-2 盧瑟福模型的提出,原子正負電荷如何分布? 粒子散射實驗 解釋 粒子散射實驗,1-2-1 原子正負電荷如何分布? (1),湯姆遜原子模型 正電荷均勻分布在整個原子球體內(nèi)， 電子鑲嵌在其中（同心球殼上）。 盧瑟福的核型結(jié)構(gòu)模型 原子是由帶正電的原子核和核外 作軌道運動的電子組成,1-2-2 粒子散射實驗(1),實驗裝置,1-2-2 粒子散射實驗(

4、2),實驗結(jié)果： 絕大多數(shù) 粒子散射角： 2 - 3 1/8000的 粒子散射角： 90 奇怪 相當于炮彈被一張紙反彈回來一樣！,1-2-3 解釋 粒子散射實驗(1),帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(1) 原子的正電荷Ze對入射的 粒子(2e)產(chǎn)生的力,R,r,原子半徑,,帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(2) 正電荷Ze對粒子(2e)的最大力 散射角 動量的變化力乘以粒子在原子度過的時間2R/v,1-2-3 解釋 粒子散射實驗(2),1-2-3 解釋 粒子散射實驗(3),帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(3) 相對動量的變化,R,,,,,1-2-3 解釋 粒子散射實驗(4),帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(4)

5、 電子對粒子的偏轉(zhuǎn)的貢獻（對頭撞）(1) 動量、動能守恒 ,入射的粒子,散射后的粒子,,散射后的電子,,,,1-2-3 解釋 粒子散射實驗(5),帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(5) 電子對粒子的偏轉(zhuǎn)的貢獻（對頭撞）(2),,電子引起粒子的偏轉(zhuǎn)角非常小 可以說幾乎沒有什么貢獻,1-2-3 解釋 粒子散射實驗(6),帶正電物質(zhì)散射（湯氏模型）(6) 粒子對金的散射角 一次散射的散射角 重復散射也不會產(chǎn)生大角度 重復散射為隨機, 平均之后不會朝一個方向特別不會穩(wěn)定地朝某一方向散射 湯姆遜原子模型與實驗不符!,Z=79,1-3 盧瑟福散射公式,庫侖散射公式的推導 盧瑟福公式

6、的推導,1-3-1 庫侖散射公式的推導(1),遠離靶核的入射能量E,電荷Z1e的帶電粒子與電荷Z2e的靶核散射,瞄準距離 碰撞參數(shù),散射角,,,1-3-1 庫侖散射公式的推導(2),庫侖散射公式,庫侖散射因子,,1-3-1 庫侖散射公式的推導(3),假定： 單次散射 點電荷，庫侖相互作用 核外電子的作用可略 靶原子核靜止（靶核重，晶體結(jié)構(gòu)牢固）,1-3-1 庫侖散射公式的推導(4),推導庫侖散射公式,中心力角動量守恒,,1-3-1 庫侖散射公式的推導(5),,1-3-1 庫侖散射公式的推導(6),,,1-3-1 庫侖散射公式的推導(7),,,b ; b ; b ,1-3-2 盧瑟福公式的推

7、導 (1),粒子: b b + db - d 粒子:bb+db 圓環(huán)面積 -d空心圓錐體, 粒子打 在環(huán)上的 幾率?,1-3-2 盧瑟福公式的推導 (2),靶(薄箔)厚t, 面積A，數(shù)密度n，質(zhì)量密度 環(huán)面積 粒子打在環(huán)上的幾率,1-3-2 盧瑟福公式的推導 (3),空心圓錐體的立體角 d,,1-3-2 盧瑟福公式的推導 (4),薄箔內(nèi)有許多環(huán): 核 環(huán); 薄箔體積: At; 薄箔環(huán)數(shù): Atn 粒子打在Atn環(huán)上,散射角 相同 一個粒子打在薄箔 上被散射到 -d 的幾率,1-3-2 盧瑟福公式的推導 (5),N個粒子打在薄箔上測量到 -d 的粒子數(shù) 微分截面(盧瑟福公式),1-3-

8、2 盧瑟福公式的推導 (6),微分截面的物理意義 對于單位面積內(nèi)每個靶原子核,單位入射粒子,單位立體角內(nèi)的散射粒子數(shù) 微分截面有面積的量綱,表示粒子散射到 方向單位立體角內(nèi)每個原子的有效散射截面 微分截面的單位: (m2/sr)(米2/球面度) 截面的單位: 靶恩(靶, b): 微分截面的單位: b/sr,1-4 盧瑟福公式的實驗驗證,蓋革 馬斯頓實驗 原子核大小的估計,1-4-1 蓋革 馬斯頓實驗(1), 同一(粒子源, 散射體) 同一(粒子源,材料的散射體,散射角) 同一(散射體,散射角) 同一(粒子源,散射角, nt),1-4-1 蓋革 馬斯頓實驗(2),蓋革 馬斯頓實驗證實了上述規(guī)律,1-4-2 原子核大小的估計(1),1-4-2 原子核大小的估計(2),求解,,,1-5 行星模型的意義及困難,意義： 確定了原子的核式結(jié)構(gòu)，原子內(nèi)部十分稀疏 提出了一種研究方法 黑箱方法 不足: 原子穩(wěn)定性(加速運動輻射) 原子同一性(原子與太陽系,初始條件) 原子再生性(原子與太陽系，相互作用后復原),