山东轻工业学院2010原子物理学复习要点

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1、原子物理学1第一章原子的位形：卢斯福模型一、电子电荷的精确测定是在1910年由R.A.密立根作出的，即著名的“油滴实验”，并且发现电荷是量子化的。质子的质量电子的质量me=0.51099906MeV/c2=9.1093897×10-31kg。mp=938.27231MeV/c2=1.6726231×10-27kg。阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的一个物理量。2检验汤姆逊模型的正确性目的原理带电粒子射向原子,探测出射粒子的角分布。二、α粒子散射实验大多数散射角很小,约1/8000散射大于90°；极个别的散射角等于1

2、80°。结果原子具有核式结构模型结论经典物理理论基础3三、原子核式结构模型—卢瑟福模型原子序数为Z的原子的中心,有一个带正电荷的核(原子核),它所带的正电量Ze,它的体积极小但质量很大,几乎等于整个原子的质量,正常情况下核外有Z个电子围绕它运动。4设入射粒子为α粒子，在推导库仑散射公式之前，我们对散射过程作如下假设：1.假定只发生单次散射。2.假定粒子与原子核之间只有库仑力相互作用；3.忽略核外电子的作用。4.假定原子核静止。这是为了简化计算。散射现象只有当α粒子与原子核距离相近时，才会有明显的作用，所以发生散射

3、的机会很少；这是由于核外电子的质量不到原子的千分之一，同时粒子运动的速度比较高，核外电子对散射的影响极小，所以可以忽略不计；四、库伦散射公式5库仑福散射公式库仑散射：动能为EK的α粒子从无穷远以瞄准距离b射向原子核；在核库仑力作用下，偏离入射方向飞向无穷远。出射与入射方向夹角θ称散射角。库伦散射公式瞄准距离b：入射粒子与固定散射体无相互作用下的最小直线距离。6考虑核的反冲运动时,必须作两体问题处理，引入折合质量库伦散射公式7五、卢瑟福福散射公式卢瑟福散射公式库伦散射公式物理意义：代表单位入射粒子、单位靶面内，每个

4、靶核，单位立体角内的散射粒子数。代表单位靶面内，每个靶核将入射粒子散射在θ方向单位立体角内的几率。或8单个原子核的微分截面物理意义：粒子被每个原子散射到+d之间的空心立体角d内的有效散射截面。被所有原子核散射到+d之间的粒子几率被所有原子核散射到+d之间粒子数9α粒子散射在θ1~θ2空间内的粒子数为θ0~π空间内微分散射截面10几点说明：5.大角散射是一次散射的结果。仅对大角(θ>45)有效。当θ<45时,理论与实验偏离很大。2.核密度为n、厚度为t的靶的总散射截面是单个核散射截面

5、的nt倍，这意味着每个核发生一次大角度散射是独立事件，这要求靶箔足够薄才能得到保证。3.散射公式是在靶核不动前提下给出的，若考虑靶核的反冲运动，需作相应的修正，(E→EC,θ→θC)。1.卢瑟福散射公式是库仑作用力的结果，任何非库仑作用都将失效。4.总有效截面仅对薄靶才有效。11(1)在同一粒子源和同一散射物的情况下1、卢瑟福散射公式的结论盖革-马斯顿实验证明了卢瑟福公式的正确性12(3)用同一个散射物，在同一个散射角，(4)用同一个粒子源，在同一个散射角，对同一Nt值，(2)用同一粒子源和同一种材料的

6、散射物，在同一散射角，13这是两体在斥力场中对心碰撞时能靠近的最小的距离。粒子将全部动能转化为势能2.原子核半径的估算14若卢瑟福散射用的粒子是放射性物质镭C’放射的，其动能为电子伏特。散射物质是原子序数的金箔。试问散射角所对应的瞄准距离b多大？例题1解：因入射α粒子的质量远小于镭核质量，故可忽略靶核的反冲，利用库伦散射共公式可求出b。代入Z1=2，Z2=79，E=7.68×106eV，θ=150o，15钋放射的一种α粒子的速度为1.597×107m/s，正面垂直入射于厚度为10-7m、密度为1.932×104K

7、g/m3的金箔。试求所有散射在θ>90o的α粒子占全部入射粒子数的百分比。（已知金的原子量为197）。例题2解：散射角在之间的粒子数与入射到箔上的总粒子数n的比是：金原子数密度为散射在θ>90o的粒子数1617代入数据：Z1=2，Z2=79，v=1.597×107m/s，t=10-7m，ρ=1.932×104Kg/m3，AAu=197,m=197，e=1.6×10-19C，m=4×1.674×10-27Kg,N0=6.02×1023，得18由210Po发出的α粒子射向静止的金核（Z=79），若该粒子与金核可能达

8、到的最短距离为40fm，试求：(1)金核与散射角为60°时相对应的微分散射截面；(2)金核与散射角大于90°时相对应的微分散射截面。解：(1)例题19(2)20习题1-32122习题1-623习题1-724作　业２、３、４、６、７25第二章：原子的量子态：玻尔模型一、普朗克的量子假说对一定频率的电磁波，物体只能以h为单位吸收或发射它，即吸收或发射电磁波只能以“量子”方式