第2节 原子的核式结构.ppt

1、1.2原子核结构。1903年，j.j .汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子量均匀分布在半径为10-10米的球体中，而带负电荷的电子在这个球体中游动。这些电子可以在它们的平衡位置产生简谐振动，原子发射光谱的观测频率与这些振动的频率相等。为了解释元素周期表，汤姆逊还假设电子分布在每个环中：第一个环中只能放置5个电子，第二个环中可以放置10个电子。首先是汤姆逊原子结构模型，它特别稳定，在解释元素的周期性方面取得了一定的成功。二是粒子散射实验，实验结果表明大部分粒子被金箔散射后散射角很大。但是1/8000粒子的偏转角大于90。卢瑟福很惊讶。他说：“这就像一个15英寸的炮弹击中一张纸，然后被反射回来”，这

2、简直令人费解。卢瑟福经过严格的理论推理，于1911年提出了“核结构模型”。汤姆逊模型不能解决这个实验结果。考虑两个形状、大小、电荷和质量相同的带电球体，其中一个球体的电荷密度均匀分布，另一个集中在球体的中心。这两个球体被带电粒子轰击。在汤姆逊模型中，不可能有大的相互作用力，但卢瑟福模型可以有大的相互作用力，这可能导致入射离子反弹。第三，卢瑟福原子核模型，根据力学原理，可以证明粒子的运动轨迹是双曲线，其中：B为瞄准距离，M为粒子质量，B为外半径、b-db为内半径的环形区域的粒子必须从d之间的空心锥中散射出去。环形区域为：d=2bdb，用空心锥的立体角d代替d得到：即为卢瑟福散射公式。D是散射到立

3、体角D的粒子的有效散射截面，也称为微分截面。如果有N个粒子撞击到A上，其中dn是散射到D之间的，这些粒子一定落在D上。卢瑟福方程被改写，将卢瑟福散射公式与观测数据联系起来，其中A是薄膜面积，T是薄膜厚度，N是每单位体积的原子数。原子总数为：总有效散射面积为：假设薄膜非常薄，这些原子在入射粒子前后不会相互屏蔽。在实验中，总立体角D和粒子数dn经常被小立体角D和测量屏幕方向上的粒子数dn所代替。可以发现等号的右边等于常数。对于相同的粒子源和相同的散射体，左侧的值不会随着变化而变化。在相同的粒子源和相同的散射体的情况下，从表中可以看出，虽然dn相差很大，但差别不大，因此可以看出，该理论适用于大角度。

4、稍后将在小角度(45)讨论。在相同的粒子源和相同材料的散射体的情况下，在相同的散射角下，它与散射体的厚度t成正比。实验上，金、银、铜、铝和其他金属的散射粒子数dn与散射体的厚度t成正比。对于相同的散射体和散射角，计算结果与实验符合得很好。对于相同的粒子源，在相同的散射角和相同的Nt值，它与Z2成正比。当时，没有方法可以精确地测量各种原子的泽。查德威克第一次用这种方法测量原子的z值。5.原子核大小推断，通过粒子的最大散射角推断出原子核的大小，V是粒子远离原子核时的速度，而到达原子核最小距离rm的速度是V，根据能量守恒，粒子远离原子核时的动量，在最小距离：r=rm最小，根据极值要求，径向速度： 只

5、有切向速度，没有径向速度，角动量守恒：从能量守恒和动量守恒的表达式中，我们可以得到：用观察到的最大值来计算原子核的大小，卢瑟福用这个公式来估计金的rm=1.210-14米，银的RM=210米。 这与其他实验确定的范围(10-14 10-15米)和两种解释3360相一致，因为所用金箔的厚度很薄(510-7米)，金原子的直径为310-10米，而金箔的厚度超过1000个原子，考虑到原子核与原子半径之比为10-10/10-14 10-。(2)该理论基于这样的前提，即穿过金箔的粒子只经历一次散射。因为原子核很小，所以原子核之间的空间很大。当粒子穿过金箔时，它不太可能多次接近原子核。当瞄准距离b小时，出现大的散射角。可以认为，大角度散射是由于大角度散射和一些小角度散射的总和，它们存在于所有方向，并且将相互抵消一部分。因此，当以大角度散射时，可以忽略小角度散射。然而，小角度散射的情况不同。由于它是一个小角度，任何散射都不能忽略。因此，表1中低于45o的小角度与理论计算结果不一致。(1)当计算总散射截面时，单个原子的散射截面乘以原子的数量，这是基于原子核在前后不相互阻挡的前提。钋辐射的粒子速度为1.597107米/秒，前端垂直入射到厚度为10-7米