第一章：原子的位形1

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1、第一章：原子的位形：卢瑟福模型§1背景知识§2卢瑟福模型的提出§3卢瑟福散射公式§4卢瑟福公式的实验验证§5行星模型的意义及困难1教学要求（1）掌握原子的静态性质；理解阿伏加德罗常数的物理意义。（2）掌握电子的发现、α粒子散射实验等实验事实。（3）掌握库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导。（4）掌握卢瑟福公式的实验验证、原子核大小的估计和原子的核式结构。2第一节：背景知识1电子的发现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，1mol任何原子的数目都是N个。A1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定律，1mol任何原子的单

2、价离子永远带有相同的电量-即法拉第常数F.3•1874年，斯通尼（G.T.Stoney）综合上述两个定律，指出原子所带电荷为一个基本电荷的整数倍。斯通尼提出，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（J.J.Thomson）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。41897年汤姆逊从如图Hev＝Ee放电管中的阴极射线发现v＝E/H了带负电的电子,并测得2了e/m比。mv=Hevr_E+H2电子的电荷和质量1910年密立根用油滴做实验发现了电子

3、的电量值为e=1.602×10－19C电子电荷的现代值为e=1.60217733（49）×10－19C从而电子质量是m=9.1093897(54)×10－31Kge6利用e/m和e/mpe质子质量与电子质量之比：m/m=1836.152701(37)pem=1.6726231(10)×10-27Kgp=1.007276470(12)u根据质能关系E=mc2m=0.51099906(15)MeV/c2em=938.27231(28)MeV/c2p71电子伏（1eV）表示1个带单位电荷（e）的粒子在电位差为1V的电场中加速所得到的能量。1eV=1.60217733(49)×10-19C×1V=

4、1.60217733(49)×10-19J8TheNobelPrizeinPhysics1906inrecognitionofthegreatmeritsofhistheoreticalJ.J.Thomsonandexperimentalinvestigationsontheconduction(1856-1940)ofelectricitybygasesTheNobelPrizeinPhysics1923forhisworkontheelementarychargeofelectricityandonthephotoelectriceffectR.Millikan(1868-1953)9

5、3阿伏伽德罗常量及原子的质量一百多种元素的原子，其质量各不相同。将自然界最丰富的12C的原子质量定为12个单位，记为12u，u为原子质量单位元素X的原子质量为A(g)M(X)==AuANAA是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。12111u=(g)=(g)N12NAA-2721u=1.6605402(10)×10Kg=931.5MeV/c4原子的大小43将原子看作是球体，其体积为πr34A(g)一摩尔原子占体积为3πrN=,A3ρ31ρ（g/cm）是原子质量密度。⎛3A⎞3原子的半径为r=⎜⎟4πρN⎝A⎠例如Li原子A=7，ρ=0.7，r=0.16nm；LiPb原子A=207，ρ=

6、11.34，r=0.19nm；Pb1Å＝0.1nm＝10－10m第二节：卢瑟福模型的提出卢瑟福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。12第二节：卢瑟福模型的提出1汤姆逊模型在汤姆逊(J.J.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

7、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Thomson面包模型模型”。13第二节：卢瑟福模型的提出汤姆逊(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