第一章原子基本状况

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1、第一章原子的基本状况教学内容：1．原子的质量、原子的大小量级2．粒子散射实验、卢瑟福核式结构模型、粒子散射理论、原子核的大小量级3．同位素基本要求：1．掌握原子的基本性质2．掌握α粒子散射实验等实验事实3．掌握库仑散射和卢瑟福散射理论及实验验证4．掌握原子的核式结构及原子核大小的估算方法重点1．α粒子散射实验2．卢瑟福散射公式3．库仑散射公式4．原子的核式模型难点1．库仑散射公式2．卢瑟福散射理论一、原子的质量目前已知的元素有103种，其中原子序数1—92的那些元素是自然界存在的，93——103是人工制备的。原子虽小，但有质量：不同种

2、元素原子质量各不相同：如氢原子质量：千克碳原子的质量：千克铁原子的质量：千克1、微观粒子质量的表示方法：用千克作单位表示原子的质量就如同用吨作单位来表示一尘埃、一粒米、一枚戒指的质量，书写记忆都很不方便。为研究问题方便，表示微观领域粒子的质量常用原子质量单位：国际上规定：将自然界最丰富的12C的原子质量定为12个原子质量单位，记为12u即一个原子质量单位：的质量是12C原子质量的20一个原子的质量：A是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数（摩尔质量）一个原子质量单位：的质量是：即宏观量与微观用阿伏伽德罗常数联系起来：这样原子质量可

3、以用质量单位来表示：如氢原子质量：碳原子的质量：氧原子的质量：另外：根据爱因斯坦的质能关系：如电子质子有时把省写，这样微观物理学中常用能量单位来表示质量。如其中括号里的28表示最后两位数字的误差即质量的表示：（1）可用原子质量单位：20（2）也可用能量单位2、原子质量的数量级：质量最轻的氢原子：1.673×10-27kg原子质量的数量级：10-27kg——10-25kg二、原子几何尺寸大小（半径）：某原子晶体的密度，摩尔质量为，原子呈球形紧密排列，估测原子半径：将原子看作是球体,其体积为，一摩尔原子占体积为其中原子的半径为：根据这个模

4、型代入具体数值可以得到各原子的直径：原子种类摩尔质量原子半径数量级锂Li71.6*10-10m10-10m铝Al271.6*10-10m10-10m硫S321.8*10-10m10-10m铅Pb2071.9*10-10m10-10m再如：根据气体分子运动论也可以估测原子的大小：由气体分子运动论可知气体分子的平均自由程：其中N是单位体积内的分子数，即分子数密度，是分子直径（假设原子为球形）及N可通过实验测得，这样可以测得原子半径的大小。20测得的原子半径数量级：10-10m再如：用范德瓦尔斯方程估测原子的大小：１实际气体的范德瓦尔斯方程

5、：其中分子间相互作用引起的压强修正项是分子本身具有体积引起的体积修正项，是指１气体分子处于最紧密的状态下所必须占有的最小空间。它约等于１气体分子固有体积总和的４倍。即：　　　　　　　　　　　而可以由实验测定，这样也可以得到单原子分子的直径（原子直径）测得的原子半径数量级：10-10m由各种方法测得的原子的半径数量级：10-1０m　　　（0.1nm）三、原子的核式结构人们从化学实验中认识到，在化学反应中原子的种类和数目不变，即原子是化学反应中的最小微粒。所以人们一直认为原子是组成物质的最小微粒。直到1897年汤姆逊发现了电子而且人们通过

6、实验从各种物质中都能击出电子，说明电子是原子的组成成分——原子有内部结构。而且电子的质量很小，是氢原子质量的电子带负电，原子又是电中性的，说明原子中有带正电的物质。而且正电部分承担了原子质量的绝大部分。正负电物质在大小为几个埃的范围内是怎样分布、怎样运动的？1、汤姆逊原子模型1903年英国科学家汤姆逊提出：原子中正电荷和质量均匀分布在原子大小的弹性实心球内，电子就象西瓜里的瓜子那样嵌在这个球内。为解释元素周期表还假设电子分布在一个一个的环上，并且各环上只能安置有限个电子，以显示原子有一定的周期性。这样给元素周期表解释的可能性。该模型对

7、原子发光现象的解释：电子在其平衡位置作简谐振动的结果，原子所发出的光的频率就相当于这些振动的频率。为检验汤姆逊模型的正确性卢瑟福设计了20粒子散射实验：用质量为4.0034u的高速α粒子撞击原子,探测原子结构。粒子散射实验装置：R:放射源（放射性元素钋或镭）S:闪烁屏M:显微镜F:散射箔（金、或白金制作，延展性好可以做的非常薄，可达10-6-10-7米B:圆形金属C:光滑套轴A:代刻度圆盘T:抽空B的管内部空间是真空。α粒子：放射性元素发射出的高速带电粒子，其速度约为光速的十分之一，带+2e的电荷，是氦原子核，质量约为氢原子质量的4倍

8、即4MH，是电子质量的7300倍。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。粒子受到散射时，它的出射方向与原入射方向之间的夹角叫做散射角。方法：由α粒子源射出的快速粒子，进过一细通道后形成一束射线