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1、第一章原子的基本状况第一章原子的基本状况1.1电子的发现1.2原子的质量和大小1.3原子的核式结构alpha粒子散射实验1.1电子的发现电子的发现1.1.电子的发现电子的发现18111811年阿伏伽德罗假说年阿伏伽德罗假说一血。一血。1 1任何原子的数目都为任何原子的数目都为*18331833年年FaradayFaraday电解定电解定律律血。血。1 1任何原子的单价离子永远带任何原子的单价离子永远带有有 相同的电量相同的电量-法拉第常数法拉第常数F F电荷存在最小单位电荷存在最小单位(1874 Stony)“电电子子(1881 Stony)电子的发现者电子的发现者J.J.ThomsonJ.J
2、.Thomson18971897年年J JJ.ThomsonJ.Thomson证实阴极射线由负电微粒组成，通过证实阴极射线由负电微粒组成，通过在在 电磁场中的偏转测定电磁场中的偏转测定e/me/me e18991899年年ThomsonThomson分别测定分别测定e e和和19101910年年MillikanMillikan油滴实验精确测定油滴实验精确测定e e 油滴实验油滴实验2.2.电子的电量和质量电子的电量和质量（1 1）再加磁场：再加磁场：P2P2-P1P1(2)(2)k去电场：射线成一圆去电场：射线成一圆汤姆孙在汤姆孙在18971897年使用的放电管年使用的放电管可求电子的荷质比可
3、求电子的荷质比e/meme（3 3）形轨迹形轨迹18971897年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现 了带负电的电子，并测得了了带负电的电子，并测得了四四比。比。evB=e E=1.7588 x 1011C/Kg加电场：偏转加电场：偏转P1-P1-P2 P2 阴极射线带负电阴极射线带负电m eV=evBre=1.602X X10-19(C)me=9109 X X 10-31kg=1 836.1 5 m e质子质量：质子质量：mp=1.6726 x 10-27Kg3.3.电子的大小电子的大小固固从电子的静电固有能估计电子的经典半径：从电子的静电固有能估计电
4、子的经典半径：e2 15re=-2.8 x 10 5 m=2.8 fm4 吳吳 mec 2认识到他在这方面的理论和实验研究的巨大认识到他在这方面的理论和实验研究的巨大优点优点J.J.Thomson(1856-1940)原子的质量原子的质量原原子质量单位和原子量子质量单位和原子量各种原子的质量各不相同，常用它们的相对值各种原子的质量各不相同，常用它们的相对值原子量。原子量。原子质量单位：原子质量单位：u=1个C的质里怎)二丄二丄(g)=1.66054X10-27(kg)12 NA原子量原子量瓦瓦单个原子包含原子质量单位单个原子包含原子质量单位(m(m)的个数，的个数，艮卩，艮卩，1mo 1mo
5、1 1原子以克为单位的质量数。原子以克为单位的质量数。H H：1.0079 C1.0079 C：12.011 O12.011 O：15.999 Cu15.999 Cu：63.5463.54 原原子质量绝对值子质量绝对值元素元素X X的一个原子的质量绝对值的一个原子的质量绝对值:M =A堕堕=A(u)1mol 1mol 1H H的质量为的质量为lglg，每个，每个1H H原子的质量为原子的质量为1/NA(g)=1(u)1mo1mo啲啲1212C C质量为质量为12g12g,每个每个1212C C原子的质量原子的质量为为12/N NA(g)=12(u)(g)=12(u)阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数
6、NA1mol1mol原子或分子的数目，原子或分子的数目，N NA=6.022=6.022 X X 10102323/mol/molM M是联系微观物理量与宏观物理量的纽带是联系微观物理量与宏观物理量的纽带例：例：N NA k k=R R普适气体常数普适气体常数R R,玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数k kNA e e=F F 法拉第常数法拉第常数F F=96486.7 C/mol=96486.7 C/mol.原子的大小量级原子的大小量级(2)根据气体分子运动论估算原子的大根据气体分子运动论估算原子的大小小气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程兀=-4j2 Nnr2N N是单位体积内的分子数，是单位体
7、积内的分子数，是分子半径。是分子半径。由实验测得由实验测得2 2和和N N,就可算出分子半径儿就可算出分子半径儿 对对单原子分子单原子分子 即是原子的半径。即是原子的半径。原子的大小量级原子的大小量级(3)根据范德瓦尔斯方程估算原子的大小根据范德瓦尔斯方程估算原子的大小_a1mo 1mo 1 1气体对应的范德瓦尔斯方程气体对应的范德瓦尔斯方程(p+b)=RTV范范氏氏方方程程是是对对理理想想气气体体状状态态方方程程的的一一种种改改进进，特特点点在在于于将将被被理理 想想气气体体模模型型所所忽忽略略的的气气体体分分子子自自身身大大小小和和分分子子间间的的相相互互作作用用力力 考虑进来，以便更好地
8、描述气体的宏观物理性质。考虑进来，以便更好地描述气体的宏观物理性质。B B约等于约等于ImolImol气体分子本身所占总体积的四倍。气体分子本身所占总体积的四倍。由实验测得由实验测得s s b b，就可算出分子半径就可算出分子半径,，和原子半径，和原子半径 具有相同具有相同数量级数量级不同原子的半径不同原子的半径元素元素原子量原子量质量密度质量密度 单位：单位：g/cm3原子半径原子半径 单位：单位：nmLi70.70.16Cu638.90.14Al272.70.16S322.070.18Pb20711.340.19原子的半径都约为原子的半径都约为1010-1。m m即即A A的量宛的量宛 原
9、子电中性=正电+负电（电子）正负电荷如何分布？原子内部结构是什么样的?19111911年，卢瑟福年，卢瑟福(E.Rutherford(E.Rutherford)提出了提出了 “核核式结构模型式结构模型”像像19091909年，卢瑟福助手盖革年，卢瑟福助手盖革(H.Geiger(H.Geiger)和学生马斯顿和学生马斯顿(E.Marsden)(E.Marsden)的的alphaalpha粒子散射实验否定了粒子散射实验否定了 ThomsonThomson模型模型19031903年，年，P.LenardP.Lenard在研究阴极射线散射实验时，发现在研究阴极射线散射实验时，发现“原原 子十分空虚子十
10、分空虚”，高速电子很容易穿透原子，后者不像是一个，高速电子很容易穿透原子，后者不像是一个 真有真有1010-1010 m m那样半径的实体球。那样半径的实体球。二、二、a粒子的散射实验粒子的散射实验（盖革（盖革一一马斯顿实验）马斯顿实验）Alpha粒子粒子：氦原子核，放射性元素发射出的高速带电粒子氦原子核，放射性元素发射出的高速带电粒子,带两个单位的正电荷，质量是电子的带两个单位的正电荷，质量是电子的73007300倍。倍。散射散射：一个运动粒子受到另一个粒子的作用而改变原来的：一个运动粒子受到另一个粒子的作用而改变原来的 运运动方向的现象。动方向的现象。RR:a粒子源粒子源 F：铂薄片铂薄片 3：散射角散射角M:带着荧光屏带着荧光屏S的放大镜，可转动。的放大镜，可转动。