原子和原子核小辞典

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1、原子和原子核小辞典 【电子】是一种最小的带电粒子。它也是最早被人们发现的基本粒子。带负电，电量为，1.602189×10-19库仑。是电量的最小单元。质量为9.10953×10-28克。常用符号e表示。电子在原子中，围绕于原子核外，其数目与核内的质子数相等，亦等于原子序数。导线中电流的产生即是电子流动的结果。一安培的电流相当于每秒通过6.24×1018个电子。利用电场和磁场，能按照人们的要求控制电子的运动（特别是在真空中），从而制造出各种电子仪器和元件，如各种电子管，电子显像管、正电子的质量和电子相等，它的电量的数值和电子相等而

2、符号相反，即带正电。一个电子和一个正电子相遇会发生湮没而转化为一对光子，即一对正负电子，常称为正负电子对（电子偶）。能量超过1.02MeV（兆电子伏特）的光子穿过铅板时，会产生电子一正电子对，这个反应表示为电子的运动质量m与静止质量m0的关系为这里v是电子运动速度，c是光速，这就是相对论的公式。【原子】组成单质和化合物分子的最小粒子。不同元素的原子具有不同的平均质量和原子结构。原子是由带正电的原子核和围绕核运动的、与核电荷核数相等的电子所组成。原子的质量几乎全部集中在原子核上。在物理化学反应中，原子核不发生变化。只有在核反应中原

3、子核才发生变化。【汤姆逊的原子核模型】汤姆逊的原子核模型是最早提出的原子核模型，他认为：构成原子的正电荷是均匀分布于球状原子内，原子大小乃是此正电荷球之大小，电子则埋藏于此正电荷中，当电子受到外界激励时，它即以平衡位置为中心作振动而发射光。当a粒子穿过此原子时，a粒子将受到散射，因电子质量很小，这项散射之主要原因是正电荷之斥力作用。由电磁理论预示加速的带电物体如振动的电子等会发射电磁辐射，故根据汤姆生模型，便可了解受激原子会发射电磁辐射的性质。在实际计算其可能发射的辐射能谱，即发现此模型所导致的结果，与实验观察到的能谱在数值上并

4、不相符。1911年卢瑟福对原子核散射a粒子的实验加以分析之后，便得出汤姆生模型不正确的结论。卢瑟福分析的结果表明，正电荷并非布满在整个原子内，而是集中在原子中心的极小区域，或原子核内，就此，汤姆生的原子模型便被废弃了。【a粒子的散射】1911年卢瑟福等人用a粒子（He的原子核）射击重的金属箔，结果大部分a粒子穿过了金属箔而很少改变其运动方向，一少部分a粒子被分别散射到不同的方向上。他们测定了不同散射角中a粒子的数目，加以分析后，得出如下结论：原子是由一个很小的核心（原子核）和围绕着它运动的电子构成（原子行星模型），原子核所带电荷

5、量为Ze（Z为该金属的原子序数，e为电子的电荷），其线度约为原子的十万分之一，一般为10-13～10-12厘米，a粒子散射，又称为卢瑟福散射，它是原子物理发展中最早期的重要实验之一。图5-1所示描述了a粒子通过重金属箔的散射情况。假设距原子核很远的地方，a粒子沿直线ab以速度V运动，以P表示直线ab与原子中心O（即原子的正电荷E所在的地方）的最短距离。P被称为“瞄准”距离，可由理论力学应用电学知识计算证明，在a粒子与电荷E之间存在着库仑相互作用力的情况下，a粒子沿双曲线运动。而a粒子轨道的偏转角θ（双曲线的渐近线之间的角）为下式

6、决定： 式中M是a粒子的质量，重金属原子核的质量和a粒子的质量相比较，可以看作是无穷大。由上式可知，“瞄准”距离P愈小，偏转角θ愈大。对于不同的“瞄准”距离，a粒子的轨道形状可有如图5-2所示能被弹回。这种情况往往称为a粒子背向散射。假定一束平行的a粒子穿过金属箔，并设单位时间内通过单位横截面的粒子数为n0。我们可以计算单位时间内有多少个粒子的偏转角是在给定的θ与θ+dθ之间。设偏转角θ与“瞄准”距离P对应，而偏转角θ+dθ与“瞄准”距离P—dP对应。在此情况下，偏转角在0～θ+dθ之间的粒子，是那些穿过以A为中心，以P为半径所

7、作的宽为dP的环的面积中的粒子如图5-3所示。这样的粒子数目等于n。dS，式中dS为环的面积。如果金属箔每单位面积有N个原子，则单位时间内其偏转角在θ与θ+dθ之间的a粒子的总数为  dn=n0NdS此关系式是在每一个a粒子只偏转一次的条件下才正确，而这个条件在金属箔足够薄时是能够实现的。环的面积dS近似地等于2πPdP。所以有dn=2πn0NPdP式中Z是原子核的电荷数（原子序数）。dn表示单位时间内散射角在已知值θ与θ+dθ之间的粒子数目。换句话说dn是单位时间内在开放角为2θ和2（θ+dθ）的二锥体之间的空间内飞行的a粒子

8、数目。如果我们以这两个锥体的顶点c为球心，作一半径为r的球，则这两个锥体在球面上截出的面积为2πrsinθ·rdθ=2πr2sinθ·dθ的区域，如图5-4所示的阴影部分。所有dn个粒子都射在这区域的面积上。因而落在单位面积上的粒子数目 实验的结果完全证实了理论