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时间:2017-07-14
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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=6.0221691023/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RFSM12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
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