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第一章：原子位形：卢斯福模型第一节背景知识第二节卢斯福模型提出AutomicPhysics

原子物理学第1页第一节：背景知识第一章：原子位形：卢斯福模型“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割”。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，并把它看作物质最小单元。定比定律：倍比定律：元素按一定物质比相互化合。若两种元素能生成几个化合物，则在这些化合物中，与一定质量甲元素化合乙元素质量，互成简单整数比。在十九世纪，人们在大量试验中认识了一些定律，如：第2页

在此基础上，1893年道尔顿提出了他原子学说，他认为:1.一定质量某种元素，由极大数目标该元素原子所组成；2.每种元素原子，都含有相同质量，不同元素原子，质量也不相同；

3.两种能够化合元素，它们原子可能按几个不一样比率化合成几个化合物分子。第3页依据道尔顿原子学说，我们能够对简单无机化学中化合物生成给予定量解释，反过来，许多试验也证实了原子学说；而且人们发觉气态物质参加化学反应时元素重量与体积也遵照上述规律。

盖·吕萨克定律告诉我们，在每一个生成或分解气体中，组分和化合物气体体积彼此之间含有简单整数比，与前述规律进行对比，我们能够得到这么结论：气体体积与其中所含粒子数目相关。阿伏伽德罗定律告诉我们，温同压下，相同体积不一样气体含有相等数目标分子。第4页当原子学说逐步被人们接收以后，人们又面临着新问题：原子有多大？原子内部有什么？原子是最小粒子吗？....在学习这门课时候；一部分问题谜底会逐步揭开，现在我们来粗略地预计一下原子大小。第5页假设某固体元素原子是球状，半径为r米，原子之间是紧密地堆积在一起。若该元素原子量为A，那么1mol该原子质量为A，若这种原子质量密度为,那么A克原子总体积为，一个原子占有体积为，即所以原子半径，依此能够算出不一样原子半径，以下表所表示：第6页元素原子量质量密度原子半径Li70.70.16Al272.70.16Cu638.90.14S322.070.18Pb20711.340.19不一样原子半径第7页

电子发觉并不是偶然，在此之前已经有丰富积累。1811年，阿伏伽德罗（A.Avogadno）定律问世，提出1mol任何原子数目都是1023个。1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定律，1mol任何原子单价离子永远带有相同电量-即法拉第常数。第8页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整数倍，这个电荷是斯迪尼提出，用“电子”来命名这个电荷最小单位。但实际上确认电子存在，却是20多年后汤姆逊工作.

1897年，汤姆逊（J.J.Thomson）发觉电子：经过阴极射线管中电子荷质比测量，汤姆逊（J.J.Thomson）预言了电子存在。第9页

卢瑟福1871年8月30日生于新西兰纳尔逊，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，并任卡文迪许试验室主任。1931年英王授予他勋爵桂冠。1937年10月19日逝世。第10页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：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α粒子散射试验,试验中观察到大多数粒子穿过金箔后发生约一度偏转.但有少数α粒子偏转角度很大,超出90度以上,甚至到达180度.对于α粒子发生大角度散射事实,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体积内时，排斥力才会大到使α粒子发生大角度散射,在此基础上,卢瑟福(Rutherford)提出了原子核式模型.第11页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：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。同时该模型还深入假定，电子分布在分离同心环上，每个环上电子容量都不相同，电子在各自平衡位置附近做微振动。因而能够发出不一样频率光，而且各层电子绕球心转动时也会发光。这对于解释当初已经有试验结果、元素周期性以及原子线光谱，似乎是成功。第12页α粒子散射试验是卢斯福于1911年设计，以后依据试验结果，卢斯福否定了汤姆逊模型并提出了原子核式模型第13页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型

试验装置如上图所表示。放射源R中发出一细束α粒子，直射到金属箔上以后，因为各α粒子所受金属箔中原子作用不一样，所以沿着不一样方向散射。荧光屏S及放大镜M能够沿着以F为中心圆弧移动。当S和M对准某一方向上,经过F而在这个方向散射α粒子就射到S上而产生闪光，用放大镜M观察闪光，就能统计下单位时间内在这个方向散射α粒子数。从而能够研究α粒子经过金属箔后按不一样散射角θ分布情况。第14页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型第15页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型α粒子散射试验观察到：被散射粒子大部分分布在小角度区域，不过大约有1/8000粒子散射角θ>90度，甚至到达180度,发生背反射。α粒子发生这么大角度散射，说明它受到力很大。

汤姆逊模型是否能够提供如此大力？我们来看一看这两个模型对应力场模型第16页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型下面我们经过计算来看一看，按照汤姆逊模型，α粒子最大偏转角可能是多少。第17页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型假设有一个符合汤姆逊带电球体，即均匀带电。那么当α粒子射向它时，其所受作用力:F(r)=第18页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型对于汤姆逊模型而言，只有掠入射(r=R)时,入射α粒子受力最大，设为Fmax

，我们来看看此条件下α粒子最大偏转角是多少？如上图,我们假设α粒子以速度V射来,且在原子附近度过整个时间内均受到Fmax作用,那么会产生多大角度散射呢?第19页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型解:由角动量定理得其中表示α粒子在原子附近度过时间.代入Fmax值,解得:所以tgθ值很小,所以近似有(1)θ第20页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型上面计算我们没有考虑核外电子影响,这是因为电子质量仅为α粒子质量1/8000,它作用是能够忽略,即使发生对头碰撞,影响也是微小,当α粒子与电子发生正碰时,能够近似看作弹性碰撞,动量与动能均守恒Rutherford模型提出Thomson模型α散射试验Thomson模型失败第21页第二节：卢斯福模型提出第一章：原子位形：卢斯福模型即解得所以上式化为所以(2)Rutherford模型提出Thomson模型α