第一章 原子的基本状况

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1、第一章原子的基本状况§1.1原子的质量和大小§1.2原子的核式结构§1.3同位素1§1.1原子的质量和大小一、原子的质量质量最轻的原子H：1.67367×10-27kg1.原子质量单位和原子量原子质量单位u：规定为自然界中含量最丰富的一种元素12C的质量的1/121u=1.9927×10-26kg/12=1.6606×10-27kg原子质量的数量级：10-27kg~~10-25kg含量最丰富的原子12C：1.9927×10-26kg按照相对论的质能关系:有：2原子量A:将其它原子的质量同原子质量单位相比较，所得的数值即为原子量A。A:原子质量的相对值MA:原子质量的绝对

2、值MA=A·u2．阿伏伽德罗定律1811年，意大利物理学家阿伏伽德罗提出：1摩尔任何原子的数目都是N0N0=6.0221691023/mol，称为阿伏伽德罗常数1摩尔元素的质量为该元素的原子量A(g)3N0是物理学中一个很重要的常数，它是联系微观物理学和宏观物理学的纽带，例如：F=96486.70C/mol，法拉第常数(宏观量)R=8.31J/mol﹒K，普适气体常数(宏观量)k=1.38×10-23J/K，玻耳兹曼常数(微观量)42．从气体分子运动论可以估计原子的大小气体的平均自由程：二、原子的大小1.从晶体的密度推测原子的大小设原子半径为r，在晶体中按一定的规律排

3、列，晶体的密度为ρ，原子量为A，则1mol原子的体积为：N为单位体体积中的分子数53．从范德瓦尔斯方程测定原子的大小其中：b=4V`，V`是分子体积，定出b，算出r。经各种方法计算，r在10-10m范围内三、电子法拉第电解定律：任何1mol单价离子，带有相同的电量F，F为法拉第常数：F=96486.70C每个单价离子所带的电荷：电的最小单位，电的基本电荷，“电的原子”→电子6问题：在10-10m的范围内，带负电、质量很小的电子与带正电、质量很大的部分如何分布、如何运动？1897年，英国著名物理学家J.J.汤姆逊在剑桥大学的卡文迪许实验室测出了电子的荷质比：e/m电子电荷

4、的现代值为：e=1.60217733×10-19C电子的质量是：me=9.1093897×10-31kg质子(即氢离子)质量与电子质量之比值：7§1.2原子的核式结构历史背景十九世纪末的三大发现：X射线、放射性、电子汤姆逊模型：正电荷和质量均匀分布在原子大小的弹性实心球内。电子就像西瓜里的瓜子那样嵌在实心球内。“西瓜模型”或“葡萄干面包模型”8原子发光：是电子在其平衡位置做简谐振动的结果，原子所发出的光的频率就相当于这些振动的频率。假设电子分布在一个个圆环上，第一只环上只可放5个电子，第二只环上可放10个……元素周期表：预言的原子光谱与实验观测的数据完全不符困难：

5、无法解释α粒子散射实验9一、α粒子散射实验α粒子(氦原子核)：放射性元素发射出的高速带电粒子，速度约为光速的十分之一，带+2e的电荷，质量约为4MH，约为电子质量的7300多倍。散射角：粒子受到散射时，其的出射方向与原入射方向之间的夹角。散射：一个运动粒子受到另一个粒子的作用而改变原来的运动方向的现象。101.实验装置和结果1909年，在卢瑟福的指导下，盖革和马斯登第一次观测到α粒子束透过金属薄膜后在各方向上散射分布的情况。11R为被一铅块包围的α粒子源，发射的α粒子经过一细的通道后，形成一束射线，打在金属薄膜F上，有一放大镜M，带着一片荧光屏S，可以转到不同的方向

6、对散射的α粒子进行观察。当被散射的α粒子打在荧光屏上，就会发出微弱的闪光。通过放大镜就可记下某一时间内在某一方向散射的α粒子粒子数。图1.1观测α粒子散射的仪器装置示意图RFSM12实验结果：有少数粒子穿过金属箔时，运动轨迹发生了较大角度的偏转(45o)；绝大部分粒子进入金箔后直穿而过(=0o)或基本直穿而过(很小，约在2-3o之间)；个别的粒子，其散射角>90o，有的竟沿原路完全反弹回来，180o。2．汤姆逊模型的困难粒子散射受电子的影响忽略不计粒子只受库仑排斥力的作用近似1：近似2：13r=R时，粒子受到的力：r>R时，粒子受到的力

7、：r