原子物理学第一、二章：卢瑟福模型、玻尔模型

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1、现代物理导论------原子物理学主讲教师：孙立忠第一节：背景知识第一章：原子的位形：卢斯福模型“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的”。在公元前4世纪，古希腊哲学家德漠克利特(Democritus)提出这一概念，并把它看作物质的最小单元。定比定律：倍比定律：元素按一定的物质比相互化合。若两种元素能生成几种化合物，则在这些化合物中，与一定质量的甲元素化合的乙元素的质量，互成简单整数比。如CO和CO2关于卢斯福原子电子在十九世纪，人们在大量的实验中认识了一些定律，如：在此基础上，1893年道尔顿提出了他的原子学说，他

2、认为:1.一定质量的某种元素，由极大数目的该元素的原子所构成；2.每种元素的原子，都具有相同的质量，不同元素的原子，质量可不相同；3.两种可以化合的元素，它们的原子可能按几种不同的比率化合成几种化合物的分子。第一章：原子的位形：卢斯福模型原子电子关于卢斯福第一节：背景知识测出了阴极射线的荷质比：e/me注意到（e/me）>1000（eH/mH）阴极射线不是离子束，而是电子束。B_+E第二节：卢斯福模型的提出第一章：原子的位形：卢斯福模型在汤姆逊(Thomson)发现电子之后,对于原子中正负电荷的分布他提出了一个在当时看

3、来较为合理的模型.即原子中带正电部分均匀分布在原子体内,电子镶嵌在其中，人们称之为"葡萄干面包模型".电子带负电原子是中性的原子中有电子质量很小？在原子尺度内，正负电荷的分布如何？第二节：卢斯福模型的提出第一章：原子的位形：卢斯福模型汤姆逊(Thomson)模型认为,原子中正电荷均匀分布在原子球体内，电子镶嵌在其中。原子如同西瓜，瓜瓤好比正电荷，电子如同瓜籽分布在其中。同时该模型还进一步假定，电子分布在分离的同心环上，每个环上的电子容量都不相同，电子在各自的平衡位置附近做微振动。因而可以发出不同频率的光，而且各层电子绕

4、球心转动时也会发光。这对于解释当时已有的实验结果、元素的周期性以及原子的线光谱，似乎是成功的。第一章：原子的位形：卢斯福模型即在上述情形下,α粒子散射角都很小第二节：卢斯福模型的提出若要产生大角度散射，必须经过多次碰撞几率很小理论上：90°散射发生的几率为实验上：90°散射发生的几率为故Tomson模型不成立第二节：卢斯福模型的提出第一章：原子的位形：卢斯福模型α粒子散射实验观察到：被散射的粒子大部分分布在小角度区域，但是大约有1/8000的粒子散射角θ>90度，甚至达到180度,发生背反射。α粒子发生这么大角度的散射

5、，说明它受到的力很大。第三节：卢斯福散射公式第一章：原子的位形：卢斯福模型入射速度为V，电荷为Z1e的带电粒子，与电荷为Z2e的靶核发生散射的情形。当粒子从远离靶核处射过来以后，在为库仑力的作用下，粒子的运动偏转了θ角。可以证明，散射过程有下列关系:其中b是瞄准距离，表示入射粒子的最小垂直距离。为库仑散射因子。瞄向每个核的ds的α粒子都被散射到dΩ立体角内而ds就是一个原子核周围的圆环的面积瞄向ds的α粒子越多，被散射到dΩ立体角内的α粒子越多在入射的α粒子密度不变的情况下，ds越大，被散射到dΩ立体角内的α粒子越多，

6、即每一个α粒子被散射到dΩ立体角内几率越大。ds被称为有效散射截面问题！随着b的减小，ds如何变化？第三节：卢斯福散射公式第一章：原子的位形：卢斯福模型微分截面的定义:单位面积内的每个靶原子核，将α粒子散射到θ方向单位立体角的几率。微分截面表示为(5)式或(6)式就是著名的卢瑟福公式，只是表达形式不同。(5)(6)第五节：行星模型的意义及困难第一章：原子的位形：卢斯福模型卢瑟福模型提出了原子的核式结构，在人们探索原子结构的历程中踏出了第一步，可是当我们进入原子内部准备考察电子的运动规律时，却发现与已建立的物理规律不一致

7、的现象。1.原子的稳定性经典物理学告诉我们，任何带电粒子在作加速运动的过程中都要以发射电磁波的方式放出能量，那电子在绕核作加速运动的过程就会不断地向外发射电磁波而不断失去能量，以致轨道半径越来越小，最后湮没在原子核中，并导致原子坍缩。然而实验表明原子是相当稳定的.。第一章：原子的位形：卢斯福模型第五节：行星模型的意义及困难2.原子的同一性任何元素的原子都是确定的，某一元素的所有原子之间是无差别的，这种原子的同一性是经典的行星模型无法理解的。3.原子的再生性一个原子在同外来粒子相互作用以后，这个原子可以恢复到原来的状态，

8、就象未曾发生过任何事情一样。原子的这种再生性，是卢瑟福模型所无法说明的.第二章：原子的量子态：玻尔模型第一节背景知识第二节玻尔模型第三节光谱第四节夫兰克--赫兹实验第五节玻尔理论的推广AutomicPhysics原子物理学第一节：背景知识第二章：原子的量子态：玻尔模型卢瑟福模型把原子看成由带正电的原子核和围绕核运动的一些电子组成，