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1、原子物理 课件第1页，共55页，编辑于2022年，星期五 物理学是研究物质结构、相互作用和物质运动最基本、最普物理学是研究物质结构、相互作用和物质运动最基本、最普遍的规律的科学，它的研究对象十分广泛。遍的规律的科学，它的研究对象十分广泛。空间尺度空间尺度（相差（相差 1046）1026 m（约约150亿光年）（宇宙）亿光年）（宇宙）10-20 m（夸克）夸克）时间尺度时间尺度（相差（相差1045）1018 s（150亿年）（宇宙年龄）亿年）（宇宙年龄）10-27 s（硬硬 射线周期）射线周期）速率范围速率范围 0（静止）（静止）3 108 m/s（光速）光速）不同尺度和速度范围的对象要用不同的
2、物理学研究不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究第2页，共55页，编辑于2022年，星期五第3页，共55页，编辑于2022年，星期五102510-2510-1510-2010-1010-511051015102010101021041061081010相对论物理相对论物理经典物理经典物理量子物理量子物理?人类人类活动活动尺度尺度 (cm)速度速度(cm/s)第4页，共55页，编辑于2022年，星期五物质世界结构物质世界结构实物实物分分 子子原原 子子原子核原子核质子质子中子中子夸夸 克克 电电 子子(轻子轻子)场场 规范粒子规范粒子宇宇宙宙大大爆爆炸炸标标准准模模型型粒子物理标准模型粒子
3、物理标准模型宇宇 宙宙费米子费米子第5页，共55页，编辑于2022年，星期五1m10-2010-1510-1010-5101510510101025 1020W+粒子粒子微观微观介观介观宏观宏观宇观宇观山山太阳系太阳系地球地球星系团星系团星系星系原子原子原子核原子核DNA人人第6页，共55页，编辑于2022年，星期五 原原子子物物理理学学是是研研究究原原子子的的结结构构、性性质质及及其其运运动动规规律律的的一一门科学。门科学。第7页，共55页，编辑于2022年，星期五“原原子子”一一词词来来自自希希腊腊文文，含含义义是是“不不可可分分割割的的”。公公元元前前四四世世纪纪，古古希希腊腊哲哲学学家
4、家德德谟谟克克利利特特(Democritus)Democritus)提提出出了了这这一一概概念念，并并把把它它当当作作物物质质的最小单元。的最小单元。第8页，共55页，编辑于2022年，星期五 18071807年年，英英国国科科学学家家约约翰翰 道道尔尔顿顿(John John Dalton)Dalton)提提出出原原子子论论。他他认认为为原原子子类类似似于于刚刚性性的的小小球球，它它们们是是物物质质世世界界的的基基本本结结构构单单元元，是是不不可可分分割的。割的。In 1807,an English scientist called John Dalton put forward his i
5、deas about atoms.From his experiments and observations,he suggested that:Atoms were like tiny,hard balls.Each chemical element had its own atoms that differed from others in mass.Dalton believed that atoms were the fundamental building blocks of nature and could not be split.In chemical reactions,th
6、e atoms would rearrange themselves and combine with other atoms in new ways.第9页，共55页，编辑于2022年，星期五 道道尔尔顿顿用用他他的的学学说说说说明明了了化化学学中中的的物物质质不不灭灭定定律律等等。道道尔尔顿顿的的原原子子说说是是根根据据事事实实概概括括的的结结果果，能能够够用用来来研研究和发现新的现象，因此比古代原子说更进一步。究和发现新的现象，因此比古代原子说更进一步。第10页，共55页，编辑于2022年，星期五 十十九九世世纪纪末末二二十十世世纪纪初初，一一些些实实验验现现象象相相继继发发现现，如如电
7、电子子、X 射射线线和和放放射射性性元元素素的的发发现现表表明明原原子子是是可可以以分分割割的的，它它具具有有比比较较复复杂杂的的结结构构。那那么么，原原子子是是怎怎样样组组成成的的？原原子子的的运运动动规规律律如如何何？这这就就是是原子物理学要研究的问题。原子物理学要研究的问题。第11页，共55页，编辑于2022年，星期五The top physicists of all time Physics World 第12页，共55页，编辑于2022年，星期五第第1 1章章 原子的基本状况原子的基本状况1.1 1.1 原子的质量和大小原子的质量和大小 各各种种原原子子的的质质量量不不同同在在化化学
8、学和和物物理理学学中中常常用用它它们们质质量量的的相相对对值值。现现在在把把碳碳在在自自然然界界中中最最丰丰富富的的一一种种同同位位素素的的质质量量定定为为12.000个个单单位位作作为为原原子子质质量量的的标标准准，其其他他原原子子的的质质量量同碳同碳12比较，定出质量，称为比较，定出质量，称为原子量原子量。例例如如氢氢的的原原子子量量是是l.0079、碳碳是是12.0117、氧氧是是15.999、铜是铜是63.54。原子量可用化学方法测定。原子量可用化学方法测定。第13页，共55页，编辑于2022年，星期五 知道了原子量，就可以求出原子质量的绝对值：知道了原子量，就可以求出原子质量的绝对值
9、：其他原子的质量可同样算出，最大的原子质量是这个值的二百几十倍。其他原子的质量可同样算出，最大的原子质量是这个值的二百几十倍。由由(1)式可算出氢原子的质量为：式可算出氢原子的质量为：(1)其中，其中，A 为原子量，为原子量，MA为原子质量，为原子质量，N0 为阿伏伽德罗常数。为阿伏伽德罗常数。第14页，共55页，编辑于2022年，星期五原子的大小可按下述几个方法估计：原子的大小可按下述几个方法估计：(1)对对任任意意一一种种原原子子AX，A克克X原原子子具具有有N0个个X原原子子，如如果果这这种种原子的质量密度是原子的质量密度是(克克/厘米厘米3)，设原子的半径为，设原子的半径为r，则有：则
10、有：(2)根据气体分子平均自由程根据气体分子平均自由程由由实实验验测测出出 及及分分子子数数密密度度n，即即可可算算出出r。简简单单分分子子的的半半径径的的数数量量级级与与组组成成该该分分子子的的原原子子的的半半径径相相同同。对对单单原原子子分分子子，r就就是是原原子半径。子半径。第15页，共55页，编辑于2022年，星期五(3)由范德瓦尔斯方程：由范德瓦尔斯方程：b值值按按理理论论应应等等于于分分子子所所占占体体积积的的四四倍倍，由由实实验验测测出出b，就就可可算算出出分分子子直径，其数量级和原子半径相同。直径，其数量级和原子半径相同。用用不不同同方方法法估估算算出出的的原原子子半半径径有有
11、一一定定的的偏偏差差，但但数数量量级级相相同同，都是都是10-10米米。第16页，共55页，编辑于2022年，星期五1.2 1.2 电子的发现电子的发现 1833年年，法法拉拉第第(MFaraday)提提出出电电解解定定律律，依依此此推推得得：一一摩摩尔尔任任何何原原子子的的单单价价离离子子永永远远带带有有相相同同的的电电量量。这这个个电电量量，就就是是法法拉拉第第常常数数F，其其值值是法拉第在实验中首次确定的。是法拉第在实验中首次确定的。1874年年，斯斯通通尼尼(G.J.Stoney)指指出出，电电离离后后的的原原子子所所带带的的电电荷荷为为一一基基本本电电荷荷的的整整数数倍倍，并并推推算
12、算出出这这一一基基本本电电荷荷的的近近似似值值(e=F/N0)。在在1881年，斯通尼提出用年，斯通尼提出用“电子电子”命名基本电荷。命名基本电荷。第17页，共55页，编辑于2022年，星期五 1897年年，英英国国物物理理学学家家汤汤姆姆逊逊(Josph John Thomson)从从实实验验确确认认了了电电子子的的存存在在，测测出出了电子的菏质比了电子的菏质比e/me。由由于于电电子子的的发发现现，汤汤姆姆逊逊被被人人们们誉誉为为：“一一位位最最先先打打开开通通基基本本粒粒子子物物理理学学大大门门的的伟伟人人。”并并因因此此被被授授予予1906年年诺诺贝贝尔尔物物理理奖。奖。J.J.Tho
13、mson，1906年年诺贝尔物理奖得主诺贝尔物理奖得主第18页，共55页，编辑于2022年，星期五 1910年年，美美国国物物理理学学家家密密立立根根(R.A.Millikan)通通过过著著名名的的“油油滴滴实实验验”精精确确地地测测定定了了电电子子的的电电量量。后后来来又又经经过过几几年年反反复测定，得出：复测定，得出：现在的公认值为：现在的公认值为：根根据据电电子子的的电电量量及及荷荷质质比比e/me，可可定定出出电电子的质量为：子的质量为：美美国国物物理理学学家家密密立立根根(R.A.Millikan)，因因电电子子电电荷荷的的测测定定被被授授予予1923年年诺诺贝贝尔物理奖。尔物理奖。
14、第19页，共55页，编辑于2022年，星期五两个小插曲：两个小插曲：早早在在1890年年，休休斯斯特特(Aschuster)就就曾曾研研究究过过氢氢放放电电管管中中阴阴极极射射线线的的偏偏转转。且且算算出出构构成成阴阴极极射射线线微微粒粒的的荷荷质质比比为为氢氢离离子子荷荷质质比比的的千千倍倍以以上上。但但他他不不敢敢相相信信自自己己的的测测量量结结果果，而而觉觉得得“阴阴极极射射线线粒粒子子质质量量只只有有氢氢原原子子的的千千分分之之一一还还不不到到”的的结结论论是是荒荒谬谬的的；相相反反，他他假假定定：阴极射线粒子的大小与原子一样，而电荷却较氢离子大。阴极射线粒子的大小与原子一样，而电荷却
15、较氢离子大。1897年年，德德国国的的考考夫夫曼曼(WKaufman)做做了了类类似似的的实实验验，他他测测到到的的e/me数数值值远远比比汤汤姆姆逊逊的的要要精精确确，与与现现代代值值只只差差1。他他还还观观察察到到e/me值值随随电电子子速速度度的的改改变变而而改改变变。但但是是，他他当当时时没没有有勇勇气气发发表表这这些些结结果果，因因为为他他不不承承认认阴极射线是粒子的假设。直到阴极射线是粒子的假设。直到1901年，他才把结果公布于世。年，他才把结果公布于世。第20页，共55页，编辑于2022年，星期五 电电子子发发现现之之后后，人人们们意意识识到到原原子子中中存存在在电电子子，它它的
16、的质质量量只只是是整整个个原原子子的的很很小小的的一一部部分分；电电子子带带负负电电，而而原原子子是是电电中中性性的的，这这就就意意味味着着原原子子中中还有带正电的部分，它占有着原子的绝大部分质量。还有带正电的部分，它占有着原子的绝大部分质量。那那么么原原子子中中带带正正电电的的部部分分，以以及及带带负负电电的的电电子子，在在大大小小为为1010-10-10米米的范围内是怎样分布、如何运动的呢？的范围内是怎样分布、如何运动的呢？汤汤姆姆逊逊发发现现电电子子之之后后，人人们们对对原原子子中中正正、负负电电荷荷如如何何分分布布的的问问题题，提提出了许多见解。出了许多见解。1.3 1.3 原子的核式
17、结构原子的核式结构第21页，共55页，编辑于2022年，星期五1898年，年，Thomson提出了提出了“布丁模型布丁模型”(也被称为也被称为“西瓜模型西瓜模型”)。汤姆逊模型汤姆逊模型第22页，共55页，编辑于2022年，星期五19031903年年，德德国国物物理理学学家家林林纳纳德德(P.P.Lenard)Lenard)在在实验中发现实验中发现“原子内部是十分空虚的原子内部是十分空虚的”。P.Lenard(18621947),1905年诺贝尔物理奖得年诺贝尔物理奖得主。主。在在P.P.LenardLenard的的基基础础上上，长长冈冈半半太太郎郎(Hantaro Hantaro Nagao
18、ka)Nagaoka)提提出出了了原原子子的的土土星星模模型型，认认为为原原子子内内的的正正电电荷荷集集中中于于中中心心，电电子子绕绕中中心心运运动动，但他没有深入下去。但他没有深入下去。长冈半太郎的土星模型长冈半太郎的土星模型第23页，共55页，编辑于2022年，星期五长冈的土星模型长冈的土星模型Hantaro Nagaoka第24页，共55页，编辑于2022年，星期五 1909年年，英英 国国 物物 理理 学学 家家 卢卢 瑟瑟 福福(E.Rutherford)在在他他的的学学生生盖盖革革(H.Geiger)和和马马斯斯登登(E.Marsden)的的协协助助下下，发发现现 粒粒子子轰轰击击
19、原原子子时时，大大约约每每八八千千个个 粒粒子子中中有有一一个个被被反反射射回回来来。汤汤姆姆逊逊模模型型无无法法对对该该实实验验结结果果做做出出解解释释。卢卢瑟瑟福福根根据据实实验验结结果果于于1911年年提提出出了了原原子子的的“核核式式结结构构模模型型”(也也被被称称为为“卢卢瑟瑟福福行行星星模模型型”)E.Rutherford，1908年年诺贝尔化学奖得主，外诺贝尔化学奖得主，外号：鳄鱼。号：鳄鱼。卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型(行星模型行星模型)第25页，共55页，编辑于2022年，星期五1.3.1 1.3.1 粒子散射实验粒子散射实验 a粒粒子子为为氦氦核核 ，以以c/1
20、5轰轰击击金金箔箔，在在原原子子中中带带电电物物质质的的电电场场力力作作用用下下，使使它它偏偏离离原原来来的的入入射射方方向向，从从而而发发生生散散射射现现象象。氦氦核核质质量量是是电电子子质质量量的的 7300多倍倍，因因此此 粒粒子子的的运运动动基基本本不不受受电子影响。电子影响。实实验验结结果果表表明明：绝绝大大部部分分粒粒子子经经金金箔箔散散射射 后后，散散 射射 角角 很很 小小（23），但但 有有1/8000的的粒粒子子偏偏转转角角大大于于90，甚甚至至被被反反射回来。射回来。粒子粒子镭放射源镭放射源 荧光屏荧光屏显微镜显微镜金箔金箔第26页，共55页，编辑于2022年，星期五汤姆
21、逊模型无法解释汤姆逊模型无法解释 粒子散射实验中的大角度散射粒子散射实验中的大角度散射 第27页，共55页，编辑于2022年，星期五对于汤姆逊模型，对于汤姆逊模型，粒子受到原子正电荷的最大作用力为：粒子受到原子正电荷的最大作用力为：R为原子半径。为原子半径。粒子每次粒子每次碰撞的最大偏转角为：碰撞的最大偏转角为：根根据据上上式式，能能量量为为5MeV的的 粒粒子子在在金金(Au,Z=79)箔箔上上散散射射，每次每次碰撞的最大偏转角碰撞的最大偏转角即即使使要要引引起起1 的的偏偏转转，也也必必须须经经过过多多次次碰碰撞撞才才有有可可能能。由由于于每每次次碰碰撞撞偏偏转转的的方方向向是是随随机机的
22、的，所所以以发发生生大大角角度度偏偏转转的的概概率率是是非非常常低低的的，计计算算表表明明，发生发生90 散射的概率为散射的概率为10-3500！而实验结果却是！而实验结果却是1/8000。pp第28页，共55页，编辑于2022年，星期五根根据据汤汤姆姆逊逊模模型型可可以以估估算算出出 粒粒子子散散射射实实验验中中发发生生90 散散射射的的概概率率为为10-3500，粒粒子子被被反反射射回回来来“就就象象一一枚枚1515英英寸寸的的炮炮弹弹打打在在一张纸上被反弹回来一样，令人不可思议。一张纸上被反弹回来一样，令人不可思议。”（卢瑟福卢瑟福语语）第29页，共55页，编辑于2022年，星期五为为了
23、了解解释释 粒粒子子散散射射实实验验结结果果，卢卢瑟瑟福福提提出出了了“核核式式结结构构模模型型”。第30页，共55页，编辑于2022年，星期五第31页，共55页，编辑于2022年，星期五1.3.2 1.3.2 粒子散射粒子散射理论理论b+Ze+2emv r 设设有有一一个个 粒粒子子射射到到一一个个原原子子附附近近，二二者者之之间间有有库库仑仑斥斥力力。在在原原子子核核的的质质量量比比 粒粒子子的的质质量量大大得得多多的的情情况况下下，可可以以认认为为前前者者不不会会被被推推动动。粒粒子子受受库库仑仑力力的的作作用用而而改改变变运运动动方方向向，如如下下图图所所示示。图图中中 v 是是 粒粒
24、子子原原来来的的速速度度，b 是是原原子子核核离离 粒粒子子原原运运动动路路径径的的延延长长线线的的垂垂直直距距离离，称称为为瞄瞄准准距距离离。由由力力学学原原理理可可以以证证明明 粒粒子子的的偏偏转转角角 与与瞄瞄准准距距离离 b 有如下关系：有如下关系：(1)式中式中m是是 粒子的质量。粒子的质量。(1)第32页，共55页，编辑于2022年，星期五下面我们来证明下面我们来证明(1)式式由牛顿定律有：由牛顿定律有：由库仑定律有：由库仑定律有：xy根据上两式可知：根据上两式可知：(*)b+Ze+2emv r第33页，共55页，编辑于2022年，星期五因库仑力是中心力，而中心力满足角动量守恒，所
25、以有因库仑力是中心力，而中心力满足角动量守恒，所以有其中其中L为常数，代表为常数，代表 粒子的角动量的大小。粒子的角动量的大小。把上式代入把上式代入(*)式并整理，式并整理，可得：可得：上式两端同时积分上式两端同时积分(其中其中 和和 分别代表分别代表 粒子粒子的初速度和末速度的初速度和末速度)并代入并代入可得：可得：b+Ze+2emv r第34页，共55页，编辑于2022年，星期五由此可见由此可见而由矢量图可知而由矢量图可知 b+Ze+2emv r第35页，共55页，编辑于2022年，星期五因此可知因此可知即即最后再把最后再把代入上式即可得出：代入上式即可得出：此即此即(1)式。式。从从(1
26、)式可以看出，式可以看出，与与 b 有对应关系：有对应关系：b 大，大，就小；就小；b 小，小，就大；就大；对其一对其一b，有一定的，有一定的 与之对应。与之对应。第36页，共55页，编辑于2022年，星期五(2)凡凡通通过过图图中中所所示示以以b为为外外半半径径、b-db为为内内半半径径那那个个环环形形面面积积的的 粒粒子子，必必定定散散射射到到角角度度在在 和和 +d 之之间间的的一一个个空空心心圆圆锥锥体体之之中中。环形面积等于环形面积等于 那那些些瞄瞄推推距距离离在在b和和b-db之之间间的的 粒粒子子，散散射射后后，必必定定向向着着 和和 +d 之间的角度射出，如下图所示。之间的角度
27、射出，如下图所示。第37页，共55页，编辑于2022年，星期五此此即即卢卢瑟瑟福福散散射射公公式式。d 是是 粒粒子子散散射射到到 与与 +d 之之间间的的立立体体角角d 内内每个原子的有效散射截面，又称微分截面。每个原子的有效散射截面，又称微分截面。(2)式可用空心圆锥体的立体角表达以代替式可用空心圆锥体的立体角表达以代替d。由下图由下图可知，可知，这里的立体角与这里的立体角与d 有如下关系：有如下关系：代入代入(2)式，可得式，可得(3)第38页，共55页，编辑于2022年，星期五实实验验中中是是用用 粒粒子子轰轰击击金金箔箔(即即金金薄薄膜膜)中中的的金金原原子子核核，设设薄薄膜膜的的面
28、面积积为为A，厚厚度度为为t，如如果果单单位位体体积积中中的的原原子子数数为为N，那那么么薄薄膜膜中中的原子核总数是的原子核总数是设设薄薄膜膜很很薄薄，这这些些原原子子核核前前后后不不互互相相遮遮蔽蔽，每每个个原原子子核核都都对对应应着着一一个个面面积积为为d 的的环环面面，打打在在这这些些环环面面上上的的 粒粒子子都都将将被被散散射射到到 +d 之之间间的的立立体体角角d 内内，所所以以薄薄膜膜上上散散射射到到 +d 之之间间的的总总有效散射截面是有效散射截面是At如如果果有有n个个 粒粒子子射射在在这这薄薄膜膜的的全全部部而而积积A上上，其其中中有有dn个个散散射射到到 +d 之间，则应有
29、：之间，则应有：(4)第39页，共55页，编辑于2022年，星期五把把(4)式代入式代入(3)式，可得式，可得(5)实实际际测测量量时时，不不取取 与与+d 之之间间的的全全部部立立体体角角，也也就就是是不不采采用用图图6中中环环形形带带所所张张的的全全部部立立体体角角。测测量量的的荧荧光光屏屏只只在在不不同同方方向向张张了了一一个个小小立立体体角角d，实实际际测测得得的的粒粒子子数数是是在在d中中的的dn 。但但很很容容易易理理解解，相相同同时时，dn d dnd。所所以以(5)式与实验核对时，用式与实验核对时，用dn d 代替代替dnd 。第40页，共55页，编辑于2022年，星期五 粒子
30、散射公式的常用形式：粒子散射公式的常用形式：第41页，共55页，编辑于2022年，星期五1.3.3 1.3.3 卢瑟福理论的实验验证卢瑟福理论的实验验证 如如果果卢卢瑟瑟福福模模型型是是有有道道理理的的，那那么么实实验验结结果果应应该该与与理理论论公公式式(5)相相符符合。从合。从(5)式可以看到下列四种关系：式可以看到下列四种关系：(1)在在同同一一 粒粒子子源源和和同同一一散散射射物物的的情情况况下下，(dn d)sin4(/2)常数；常数；(2)用用同同一一 粒粒子子源源和和同同一一种种材材料料的的散散射射物物，在在同同一一散散射射角角处处，(dn d)与散射物厚度与散射物厚度t成正比；
31、成正比；(3)用同一散射物，在同一散射角，用同一散射物，在同一散射角，(dn d)v4 常数；常数；(4)用用同同一一 粒粒子子源源，在在同同一一散散射射角角，对对同同一一Nt值值，dn d与与Z2成成正比。正比。1913年年盖盖革革和和马马斯斯顿顿又又仔仔细细地地进进行行了了 粒粒子子散散射射的的实实验验，所所得得结结果果完完全全证证实实了了上上述述前前三三项项的的关关系系，关关于于第第四四项项当当时时未未能能准准确确测测定定，过过了几年也证实了。了几年也证实了。第42页，共55页，编辑于2022年，星期五表表1 粒子在不同角度的散射粒子在不同角度的散射第43页，共55页，编辑于2022年，
32、星期五1.3.4 1.3.4 原子核大小的推断原子核大小的推断由此式，知道了散射物的由此式，知道了散射物的Z和和 粒粒子的原有速度子的原有速度v，从观察到的散射角从观察到的散射角，就，就可以推算可以推算 粒子离原子粒子离原子核核的最近距离的最近距离rm，越大，越大，rm越小。越小。按按理理论论来来推推算算 粒粒子子达达到到离离原原子子核核最最小小的的距距离离，这这也也就就是是原原子子核核半半径径的的上上限限。设设 粒粒子子离离原原子子核核很很远远时时的的速速度度是是v，达达到到离离原原子子核核最最小小距距离离rm处的速度是处的速度是v 。按能量守恒定律，按能量守恒定律，(6)又因为物体在有心力
33、场中运动，角动是守恒。所以可知又因为物体在有心力场中运动，角动是守恒。所以可知(7)由由(6)、(7)及及(1)式可得：式可得：(8)第44页，共55页，编辑于2022年，星期五 从从以以上上讨讨论论可可见见，粒粒子子散散射射的的实实验验与与理理论论充充分分证证明明了了原原子子的的核核式式结结构构。在在这这个个结结构构中中，有有一一个个带带正正电电的的中中心心体体原原子子核核，所所带带正正电电的的数数值值是是原原子子序序数数乘乘单单位位正正电电荷荷。原原子子核核的的半半径径在在1010-15-15到到1010-14-14米米之之间间。原原子子核核外外边边散散布布着着带带负负电电的的电电子子。但
34、但原原子子质质量量的的绝绝大大部部分分是是原原子子核核的的质质量量。这这样样一一个个原原子子的的核核式式模模型型在在卢卢瑟瑟福福提提出出后很快被大家接受，认为它代表了原子的真实情况。后很快被大家接受，认为它代表了原子的真实情况。第45页，共55页，编辑于2022年，星期五原子核原子核电子电子卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型第46页，共55页，编辑于2022年，星期五卢瑟福手迹卢瑟福手迹第47页，共55页，编辑于2022年，星期五卢瑟福的卢瑟福的“行星模型行星模型”的意义的意义 1.最最重重要要的的意意义义是是提提出出了了原原于于的的“核核式式结结构构”，即即提提出出了了以以核核为为中中心心的的慨慨
35、念念，从从而而将将原原子子分分为为核核外外与与核核内内两两个个部部分分，并并发发大大胆胆地承认了高密度的原子核的存在。地承认了高密度的原子核的存在。2.卢卢瑟瑟福福散散射射不不仅仅对对原原子子物物理理起起了了很很大大的的作作用用，而而且且这这种种以以散散射射为为手手段段研究物质结构的方法对近代物理一直起着巨大的影响。研究物质结构的方法对近代物理一直起着巨大的影响。3.卢瑟福散射为材料分析提供了一种手段。卢瑟福散射为材料分析提供了一种手段。第48页，共55页，编辑于2022年，星期五卢瑟福卢瑟福“行星模型行星模型”的困难的困难卢卢瑟瑟福福的的“行行星星模模型型”的的虽虽然然可可以以解解释释 粒粒
36、子子散散射射实实验验结结果果，但但该该模模型却无法解释下列问题：型却无法解释下列问题：1)1)、无法解释原子的稳定性；、无法解释原子的稳定性；2)2)、无法解释原子的同一性；、无法解释原子的同一性；3)3)、无法解释原子的再生性。、无法解释原子的再生性。为为了了解解释释上上述述问问题题，卢卢瑟瑟福福的的一一个个学学生生丹丹麦麦物物理理学学家家尼尼尔尔斯斯 玻玻尔尔(Niles Niles Bohr)Bohr)在在卢卢瑟瑟福福的的“行行星星模模型型”的的基基础础之之上上于于19131913年提出了年提出了原子的量子理论，即原子的量子理论，即“玻尔模型玻尔模型”。第49页，共55页，编辑于2022
37、年，星期五玻尔的原子模型玻尔的原子模型(Bohrs Atom)尼尔斯尼尔斯 玻尔玻尔(Niles Bohr)，丹麦人，二十世纪世界最伟丹麦人，二十世纪世界最伟大的物理学家之一，量子理论的主要奠基人。大的物理学家之一，量子理论的主要奠基人。1922年诺年诺贝尔物理奖得主。贝尔物理奖得主。第50页，共55页，编辑于2022年，星期五 1926年，年，Schrdinger创立量子力学（波动力学），量子力学的计算创立量子力学（波动力学），量子力学的计算结果表明原子核外的电子应该具有结果表明原子核外的电子应该具有“电子云电子云”结构。结构。第51页，共55页，编辑于2022年，星期五1.4 1.4 同位
38、素同位素 人人们们发发现现有有原原子子量量不不同同而而化化学学性性质质相相同同的的元元素素。这这些些元元素素有有相相同同的的化化学学性性质质，因因而而有有相相同同的的元元素素名名称称，在在化化学学周周期期表表中中处处在在同同一一地地位位，有有相相同同的的原原子子序序数数，它它们们被被称称为为同同位位素素。例例如如16O、17O和和18O；12C和和13C。一一种种元元素素的的诸诸同同位位素素有有相相同同的的原原子子序序数数，它它们们的的原原子子核核所所带带正正电电量量是是相相同同的的，核核外外电电子子数数因因而而也也相相同同，可可是是质质量量不不同同，因因而可见差别在原子核上。而可见差别在原子
39、核上。第52页，共55页，编辑于2022年，星期五思考题思考题1 1：粒子与原子核发生对心碰撞，试比较下列哪种情况粒子与原子核发生对心碰撞，试比较下列哪种情况下粒子离核的最近距离更小：下粒子离核的最近距离更小：A A 核在碰撞前后保持静止不动；核在碰撞前后保持静止不动；B B 核原来静止，碰撞后有运动。核原来静止，碰撞后有运动。请回答请回答思考题思考题2 2：粒粒子子散散射射实实验验的的数数据据在在散散射射角角很很小小(1515o o)时时与与理理论论值值差差得得较较大大，是是什什么原因么原因?第53页，共55页，编辑于2022年，星期五思考题思考题3：试由卢瑟福散射公式试由卢瑟福散射公式出发，对以下结果从物理意义上加以定性解释：出发，对以下结果从物理意义上加以定性解释：1)2)3)4)第54页，共55页，编辑于2022年，星期五作业：作业：习题习题 1、习题、习题 4和习题和习题 7第55页，共55页，编辑于2022年，星期五