对粒子散射实验的探讨
对α粒子散射实验的探讨
山东泰安 许其宝
一、关于α粒子
α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的粒子，带两个单位正电荷，质量为氢原子的4倍实际是氦原子核，射出时的速度的为光速的1/10，α粒子的电离作用很强，因此在空气中只能前进几厘米。另外，由于α粒子射出速度大，具有足够的能量，α粒子还能使荧光物质发光。
二、为什么用α粒子散射实验研究原子结构
原子结构无法直接观察到，要用高速离子进行轰击，根据粒子的散射情况分析判断原子的结构，而α粒子有足够能量，可以穿过原子，并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况，所以选取α粒子进行散射实验。
三、为什么α粒子散射实验用金箔？其它金属能行吗？
要准确了解α粒子与靶原子间的单个原子作用，应把靶做得越弱越好，否则，将多次碰撞将掩盖单次作用产生的现象。而金的优点是：延展性好，易被拉成薄片，还有其原子序数大，α粒子与金核间的库仑力大，发生偏转时明显，所以选金做α粒子散射实验。除金外，还可以用银、铂等重金属，但不能用铝等轻金属。
四、还应注意的是α粒子散射实验的装置一定要抽成真空，原因主要是由于α粒子的电离作用，若在空气中由于电离α粒子只能前进几厘米。
五、关于α粒子散射的实验结论与核式结构模型。
1、 绝大多数α粒子没有明显偏转，说明原子内部绝大部分是空的，原因是金箔厚度大约1μm ，金原子直径大约3×10－10m ，相当于三千多金原子的厚度，而绝大多数α粒子不偏转说明这些α粒子受金原子的作用力很小，故金原子内部绝大部分是空的。
2、 极少数α粒子发生大角度偏转，有的甚至偏转角达180°。说明带正电的物质集中在体积很小的范围内，叫原子核。因为电子质量是α粒子质量的1/7300倍，对α粒子的偏转几乎没有影响，与电子正碰也不会被反弹，只能是带正电的物质对极少数α粒子的影响，发生反弹的是α粒子与正电物质的正碰，故带正电物质体积很小，称为原子核。
原子核式结构模型与地球卫星
山东泰安 田伟
卢瑟福核式结构模型是研究了α粒子散射实验的结论，结合行星绕太阳运转的规律提出的，玻尔在原子核式结构的基础上提出了三个基本假设，即玻尔理论，建立了玻尔原子模型，在学习中可以把原子模型和行星绕太阳运转，卫星绕地球运转结合起来，找到它们的异同，从而起到加深理解、促进记忆的作用。
相似之处：1、卫星绕地球运转轨道一般可看成圆，万有引力提供向心力，即2
2GMm v m r r =氢原子中电子绕核做圆周运动向心力为库仑力。即
22
2e v k m r r
=
2、做圆周运动的线速度，角速度等物理量随半径的变化规律相似。
卫星线速度v=角速度ω
电子绕核线速度
v=角速度ω
随r的增大，它们的线速度、角速度均减小。
3、卫星，电子做圆周运动时，动能、势能、总能量随半径变化的规律相似。半径越大，卫星动能越小，重力势能越大，总能量越大。
半径越大，电子动能越小，电势能越大，总能量越大。
不同之处：①研究卫星时往往是地面为零势能面，卫星重力势能为正值；研究电子绕核运转时往往选无限远处为零电势能面，电子的电势能为负值。
②卫星的轨道半径没有限制，可以连续变化，而由玻尔理论可知，电子绕核运转的轨道半径是不连续的。
谈氢原子的能级跃迁
山东泰安毛慧颍
根据玻尔理论，原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态，要辐射或吸收一定频率的光子，光子的频率符合hv=E2－E1，h为普郎克恒量，E2、E1分别为两能级对应的能量，对这一知识点清常见的考题有两类。
1、氢原子从高能级向低能级跃迁问题，氢原子从第n能级向低能级跃迁时，发出不同频率光
子的可能数为。
例1、有一群氢原子处于n=3的激发态，那么这些氢原子发生跃迁时最多能辐射条光谱线，其中频率最低的光波长为m。
解析：光谱线条数为N=1
n(n1)
2
-，取n=3得N=3条，频率最低的是由n=3跃迁到n=2发出
的光，由hv=E3－E2得v=
11
22
32
E E
E E32
h h
-
-
=将E1= －13.6ev =－13.6×1.6×10－19J h=6.6×10－34
代入上式得v=0.45×1015Hz λ=c
v
=6.5×10－7m
答案：3条；6.5×10-7m
点拨：本题为一群氢原子，若为一个氢原子，光谱线最多的条数将为N=2，因为一氢原子或者从n=3的能量状态直接跃到n=1的能量状态，只能发出一种频率的光子；或者从n=3跃到n=2的能量状态，再由n=2的能量状态跃到n=1的能量状态，发出两种频率的光子。两种情况不可同时发生，故光谱条数最多为2条。
例2：现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少（假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级
的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的
1
n1 -
）
A、2200
B、2000
C、1200
D、2400
解析：解答本题的关键是要理解透题意中的“假定处在量子数为n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的11
n -”这一叙述的含意，这一叙述表明：在现有的1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，而这1200个氢原子受激跃迁到新的能级后，最后都回到基态，这些受激氢原子跃迁到较低能级的原子数不尽相同，当氢原子核外电子从量子数为4的能级跃迁到量子数为1的能级上从而发射出
141-×1200 = 400个光子，当氢原子核外电子从量子数为4的能级跃迁到量子数为2的能级上从而发射出141
-×1200 = 400个光子，处在量子数为2的氢原子核外电子仍处于激发态，当氢原子核外电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为1的能级上从而发射出
121-×400 = 400个光子，当氢原子核外电子从量子数为4的能级跃迁到量子数为3的能级上从而发射出141
-×1200 = 400个光子，处在量子数为3的氢原子核外电子仍处于激发态， 当处在量子数为3的氢原子核外电子跃迁到量子数为2的能级上从而发射出131
-×400 = 200个光子，处在量子数为2的氢原子核外电子仍处于激发态，当处在量子数为2的氢原子核外电子跃迁到量子数为1的能级上从而发射出
121-×200 = 200个光子，处在量子数为3的氢原子核外电子还可直接跃迁到量子数为1的能级上从而发射出
1
×400 = 200个光子，故在此过程中发出的
光子总数为 N = 400 + 400 + 400 + 400 + 200 + 200 + 200 = 2200
个光子，其能级跃迁分布示意图如图 1 所示。
点拨：本题的极易误选 D 选项，平时教
学与复习备考中只涉及到单个氢原子的核外电子从某一激发态跃迁
到基态过程中可能出现几种不同频率的光子，而未涉及处于不同能
级上的氢原子数的不同，受激后跃迁的氢原子数也不同，错误地认为每一个氢原子可产生 6 种不同频率的
光子，并都是从量子数为4的能级上跃迁的，然后套用（11
n -×1200）×6 = 2400个光子，造成这一错误的原因主要是没有仔细审题，读懂题意，不善于根据不同条件和不同物理场景下将所学物理知识进行迁移和灵活运用，归根结底还是个能力问题。
2、氢原子由低能级向高能级跃迁问题
此类问题可分为三种情况
①光子照射氢原子，当光子的能量小于电离能时，只能满足光子的能量为两定态间能级差时
才能被吸收。
②光子照射氢原子，当光子的能量大于电离能时，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量
一部分用来使电子电离，另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能。
③当粒子与原子碰撞（如电子与氢原子碰撞）时，由于实物的动能可全部或部分被氢原子吸
收，故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差，就可以使原子受激发而向高能级跃迁。
例3：(2004北京卷17题)氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E 1=－54.4eV ，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能．．
被基态氦离子吸收而发生跃迁的 1
2 3 4 图 1
-54.3eV
-13.6eV -6.0eV
-3.4eV 0
是：
A．40.8eV B．43.2eV
C．51.0eV D．54.4eV
[分析]由玻耳理论可知，氢原子从一个能级跃迁到能级的过程中，只能吸收或放出一个一定频率的光子，这个光子的能量等于氢原子的两个能级差。类氢结构的氦离子吸收或放出光子规律和氢原子相同，通过计算可知，-13.6eV-（-54.4eV）=40.8eV，-3.4eV--54.4eV=51.0eV而吸收-54.4eV 的光子后，氦离子外的电子被电离。43.2eV的光子与任何能级差都不相等。故选B。
但如果选项中的能量来源不仅仅是光子，而是有可能从外面的电子处获得的话，结果就大不相同了。这时需要我们对原子跃迁问题有一个深刻的认识，即原子的核外电子获得能量后从低能级跃迁到高能级。
例4：氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子的能级示意图如图所示（与上图同）。在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）
A、42.8ev（光子）
B、43.2eV(电子)
C、41.0eV(电子)
D、54.4eV(光子)
解析：由例3的分析可以知道：B、43.2eV(电子)、C、41.0eV(电子)选项中电子的动能大于E1、E2间的差值40.8eV，故可以被吸收，D使该氦离子电离，而选项A则不可。选A。
总结：光子照射氢原子，光子能量小于电离能时，只能吸收刚好是原子两能级差的能量的光子；光子能量大于或等于电离能时，不管多大能量的光子都能吸收。
2、电子（或其他粒子）碰撞氢原子时，其动能不一定全部转移给氢原子，因此只要其动能大于或等于氢原子两能级能量差，就可以使氢原子发生跃迁。
原子物理与其他知识相结合的综合问题
山东泰安宁衍庆
从近几年高考理综试题来看，原子物理越来越受到高考命题者的青睐，成为高考命题热点，其原因是它与现代高科技有密切联系，它与高中物理的其他知识点又能有机的结合起来。在学习中又要注重原子结构知识点的学习，又要加强与其他知识相结合的综合性问题的学习。
一、原子物理与电场知识的结合
例1（2005年江苏物理卷）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是（）
A、动能先增加，后减少
B、电势能先减少，后增加
C、电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D、加速度先变小，后变大
解析：α粒子从a运动到b，受到排斥力作用，电场力做负功，动能减少，电势能增大；α粒子从b再运动到c，电场力做正功，动能增加，电势能减少；到达c点时，由于a、c在同一等势面上，所以从a到c总功为零，故A、B错，C对α粒子从a到b，场强增大，加速度增大；从b到c，场强减小，加速度较小，故D错。
点拨：本题涉及到电场力做功、动能、电势能、加速度等知识点，考查学生运用所学知识综合解决问题的能力。
二、原子物理，与光电效应的结合
例2：（2005年全国理综II卷）右图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处
在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发生若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为2.22eV 。在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（ ）
A 、二种
B 、三种
C 、四种
D 、五种
解析：能够从金属钾表面打出光电子的光子的能量必大于金属
钾的逸出功2.22eV ，从n=4能级向低能级跃迁的氢原子能够发出6种不同频率的光子，其中从n=4能级跃迁到n=3能级和从n=3跃迁到n=2能级时放出的光子的能量小于2.22eV ，不能从钾表面打出光电子，所以答案为C 。
点拨：本题涉及了氢原子的能量、光子的发射和吸收、光电效应综合知识点，对多个知识点的联合考查，培养学生综合分析问题
的能力。
三、原子物理与动量守恒、圆周运动、能量的结合
例3：（2004年江苏物理卷）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出去，此电磁辐射就是原子的特征X 射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。214P 0的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E 0=1.416MeV 交给内层电子（如K 、L 、M 层电子，K 、L 、M 标记原子中最靠近核的三个电子层）使其电离，实验测得从214P 0原子的K 、L 、M 层电离出的电子的动能分别为E K =1.323MeV 、E L =1.399MeV 、E M =1.412MeV 。则可发射出特征射线的能量为（ ）
A 、0.013MeV
B 、0.017MeV
C 、0.076MeV
D 、0.093MeV
解析：本题提供了原子的特征X 射线的产生机理，学生阅读题干知识后可将本题提炼为（1）214P o 的原子核回到基态时，将能量E 0=1.416MeV 交给内层的K 、L 、M 层电子；（2）K 、L 、M 层上的电子获得能量E 0=1.416MeV 后电离，产生内层空位；（3）M 层的电子跃迁到L 或K 的空位上，或者L 层的电子跃迁到K 的空位上，同时发射出X 的特征射线。
由能量守恒定律得，214P o 原子K 、L 、M 层电子所具有的能量分别为时层电子被电离产生空位当K MeV E MeV E MeV E M L k
,004.0,017.0,093.0-='-='-='，L 、M 层的电子都有可能跃迁到该空位上，而多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，可能发射的原子特征的射线的能量为E L -E K =0.076MeV ，E M -E K =0.089MeV ；当L 层的电子被电离产生空位时，M 层的电子有可能跃迁的该空位上，而多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，可能发射的原子特征射线的能量为E M -E L =0.013MeV 。故项A 、C 都正确。
点拨：该题所述的通过“内转换”的方式辐射出原子特征射线这一全新的物理情景不是课本所学内容，但考生如果能在弄懂题意的基础上，正确地建立物理模型，将所学的能量守恒定律和玻尔原子结构理论迁移过来，问题就会迎刃而解。
例4、（2002年高考题）要使一个中性锂原子最外层的电子脱离锂原子所需的能量是5.39eV ，要使一个中性氟原子结合一个电子形成一个氟离子所放出的能量是3.5leV ，则将一个电子从锂原子转移到氟原子所须提供的能量为____________。
解析：根据玻尔理论和能量守恒知，将一个电子从锂原子转移到氟原子所须提供的能为5.39e V —
3.51eV=1.99eV 。
【说明】要善于从能量转化和守恒的角度去分析、解决物理问题，要养成良好的学习物理的习惯，要善于用物理思维来思考物理问题。
例5、氢原子放出一个光子后，根据玻尔理论，氢原子的（ ）
A 、 核外电子的电势能增大
B 、核外电子的动能增大
C 、 外电子的旋转周期将增加
D 、氢原子能量将增大
解析：电子辐射光子后，进入低能级轨道，半径R 减小。由k ·,2
22R v m R
e =可知R ↓， v ↑，核外电子动能变大。B 选项正确，A 、D 选项不正确，又周期T=v
R π2,因为R ↓，v ↑,故T ↓，故C 选项错误。
所以本例的正确答案为B 。
【说明】玻尔的原子模型在解释氢原子光谱上获得了成功，但用来解释比较复杂的原子光谱时却碰到很大的困难，理论推导出来的结论跟实验事实出入很大，玻尔理论的成功之处在于它引入了量子观念，失败之处在于它保留了过多的经典物理理论。
例6、1914年，弗兰克和赫兹在实验中用电子碰撞静止的原子方法，使电子从基态跃迁到激发态，证明了玻尔提出的原子能级存在的假设，设电子的质量为m,原子质量为M ，基态和激发的能量差为△E ，试求入射电子的最小初动能。
解析：电子和原子作用过程无外力作用，因此，二者构成的系统动量守恒、能量守恒。
设电子在作用前后的速度分别为v 1和v 2,原子受碰后速率为v,则有
E Mv mv Mv mv mv ?+=+=221212
121, 得022)v M(M 12
=?+-+E m mMvv m v 有实数解，必有?≥0，即
E m m M m mMv ??+--=?2)(4)2(21≥0
21min 2
1mv E = E M
m M ?+= 【说明】 动量守恒定律在微观领域里仍然可使用；能量转化和守恒定律更是普遍适用的规律。
原子结构测试题
（１００分，６０分钟）
山东泰安 吕正贵 一、本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分
1、卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是 （ AB ）
A ．解释α 粒子散射现象
B ．用α 粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C ．结合经典电磁理论，解释原子的稳定性
D ．结合经典电磁理论，解释氢原子光谱
2、关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有（BD ）
A ．它彻底否定了经典的电磁理论
B ．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C ．它完全抛弃了经典的电磁理论
D ．它引入了普朗克的量子观念
3、(06沪九校)、右图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装
置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A 、B 、C 、D 四 个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是（ABD ）
A ．相同时间内放在A 位置时观察到屏上的闪光次数最多
B ．相同时间内放在B 位置时观察到屏上的闪光次数比放在A
位置时少得多
C ．放在C 、
D 位置时屏上观察不到闪光
D ．放在D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
4、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n = 2能级上的电子跃迁到n = 1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n = 4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电
子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 2/n A E n -= ，式中n =l ，2，3，… 表示不同能
级，A 是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是 ( C )
A ．16/3A
B ．16/7A
C ．16/11A
D ．16/13A
5、a 光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示，若只将a 光换成b 光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示.
A ．a 光光子的能量较大
B ．在水中a 光传播的速度较大
C ．若用a 光照射某金属时不能发生光电 效应，则用b 光照射该金属时也不能发生 光电效应
D ．若a 光是氢原子从n ＝3的能级向n ＝2的能级跃迁时产生的，则b 光可能是氢原子从n ＝4的能级向n ＝2的能级跃迁时产生的
6、（06广州1）氢原子能级如图所示，一群原处于n ＝4 能级的
氢原子回到n ＝1的状态过程中（BC ）
A ．放出三种频率不同的光子
B ．放出六种频率不同的光子
C ．放出的光子的最大能量为其12 . 75ev ，最小能量是0.66eV
D ．放出的光能够使逸出功为13 . 0eV 的金属发生光电效应
7、根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n 越大，则 （ C ）
A ．电子轨道半径越小
B 。核外电子运动速度越大
C ．原子能量越大
D 。电势能越小
8、氢原子从第2能级跃迁到第1能级过程中的能量变化，有下列说法：①电子的动能一定增大；②原子系统的电势能一定减小；③电子动能的增加量一定等于系统电势能的减少量；④电子动能的增加量一定小于系统电势能的减少量。以上说法中正确的有（D ）
A ．只有①②
B 。只有①②③
C 。只有④
D 。只有①②④
二、填空题(本题有6小题．每小题4分。共24分)
9、氢原子从第3能级跃迁到第2能级时辐射出的光子的波长是_______nm ，这种光子属于___ 光。（已知氢原子的基态能级为-13.6eV ）
10、原子从a 能级状态跃迁到b 能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b 能级状态跃迁到c 能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2．那么原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将
要________（填“吸收”或“辐射”）波长为_________的光子．
11、一群处于量子数n = 3的激发态氢原子向低能级跃迁时，可能发出的光谱线条数是___________。
12、已知氢原子基态能量为-13.6Ev ，第二能级E 2 = -3.4eV ，如果氢原子吸收_________eV 能量，可由基态跃迁到第二能级。如果再吸收1.89eV 能量，还可由第二能级跃迁到第三能级，则氢原子的第三能级E 3 =_________eV 。
13、如图给出了氢原子的四个能级、大量氢原子在这些能级之间跃迁
所辐射的光子的频率最多有 种，其中能量最高的光子能
量为 eV
14、右图是原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示α
粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。
三、本题共4小题，36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重
要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中
必须明确写出数值和单位。
15（8分）氢原子处于基态时，原子能量E 1= -13.6eV ，已知电子电量e =1.6×10-19C ，电子质量
m =0.91×10-30kg ，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r 1=0.53×10-10m.
（1）若要使处于n =2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
（2）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n =2的激发态时，
核外电子运动的等效电流多大？
（3）若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz ，今用一群处于n =4的激发态的氢原子发射的
光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
16（8分）、如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简要实验原理图，两块平行板相距为d ，其中N 为金属板，受紫外线照射后，将发射沿不同方
向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计G 的指
针偏转，若调节R 0逐渐增大极板间电压，可以发现电
流逐渐减小，当电压表示数为U 时，电流恰好为零。
切断开关S ，在MN 间加垂直于纸面的匀强磁场，逐
渐增大磁感强度，也能使电流为零，当磁感强度为B
时，电流恰为零。试求光电子的比荷e ／m 。（22/8d B U ）
17、（10分）氢原子从－3.4eV 的能级跃迁到－0.85eV
的能级时，
是发射还是吸收光子？这种光子的波长是多少（计算结果取一位有效数字）？图中光电管用金属材料铯制成，电路中定值电阻R 0＝0.75Ω，电源电动势E ＝1.5V ，内阻r ＝0.25Ω，图中电路在D 点交叉，但不相连．R 为变阻器，O 是变阻器的中间抽头，位于变阻器的正中央，P 为滑动端．从变阻器的两端点ab 可测得其总阻值为14Ω．当用上述氢原子两能级间跃迁而发射出来的光照射图中的光电管，欲使电流计G 中电流为零，变阻器aP 间阻值应为多大？已知普朗克常量h ＝6.63×10
－34J ·s ，金属铯的逸出功为1.9eV ．
18、（10分）汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示，真空管
内的阴极K 发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A '中心的小孔沿中心轴O 1O 的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P 和P '间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O '点，(O '与O 点的竖直间距为d ，水平间距可忽略不计．此时，在P 和P '间的区域，再加上一个方向垂直于纸
面向里的匀强磁场．调节磁场
的强弱，当磁感应强度的大小
为B 时，亮点重新回到O
点．已知极板水平方向的长度
为L 1，极板间距为b ，极板右
端到荧光屏的距离为L 2 (如
图所示)．
(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小。
(2)推导出电子的比荷的表达式 答案
4、点拨：先计算铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n = l 能级上时应释放的能量 ΔE=E 2
一E 1= +A= A ·n = 4能级上的电子要电离所需的能量E 4= ，则n = 4能级上的电
子得到ΔE 的能量后，首先需要能量使之电离，然后多余的能量以动能的形式存在，所以E K =△E —E 4=
二、填空题 9、658，红 10、吸收，
2
121λλλλ- 11、3 12、10.2、-1.51 13、6，12.7514、α粒子散射，见图（1） 三、计算题
15、解：（1）要使处于n =2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限2
n A En -
=4A -4A 16A A 1611
远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：)4
(01E h -
-=ν 得 141021.8?=νHz ， （2）氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库伦力作向心力，有
2
222224T mr r Ke π= ① 其中124r r = 根据电流强度的定义T e I =
② 由①②得1
1216mr K r e I π= ③ 将数据代入③得 4103.1-?=I A
（3）由于钠的极限频率为6.00×1014Hz ，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
19
14
340106.11000.61063.6--????==νh E eV=2.486 eV 一群处于n =4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差0E E ≥?，所以在六条光谱线中有41E 、31E 、21E 、42E 四条谱线可使钠发生光电效应。
16、解：设光电子受紫外线照射后射出的速度为v 。
在MN 间加电场，当电压表示数为U 时，由动能定理得： 22
1mv eU = ① 在MN 间加垂直于纸面的匀强磁场，当磁感强度为B 时，光电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径：2/d r = ②
光电子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，所以有： r mv evB /2= ③ 由①②③得：
228d
B U m e = 17、解：
（1）因氢原子是从低能级向高能级跃迁，故应是吸收光子． （2）∵ν?h E E E 21=-= λν/C = ∴)m (10510
6.1)85.04.3(1031063.6E E hC 7198
3421---?=??-???=-=λ
结果不是1位有效数字的计1分
（3）∵eV 55.285.04.3E E h 21=-=-=ν）
∴入射光光子的能量大于铯的逸出功，故光电管会发射光电子．
根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能
eV 65.0eV 9.1eV 55.2W h E K =-=-=ν
由动能定理K E eU W ?==可知，欲使G 表中电流为零，必须在光电管上加上0.65eV 的反向电压．故滑动头须滑向a 端．
电源所在的主干路的电流)A (1.025
.075.0145.1r R R E I 0=++=++=） 变阻器滑动头P 与中点O 间的电阻)(5.61
.065.0I U R OP OP Ω=== ∴aP 间电阻)(5.05.62
14R 2R R op aP Ω=-=-= 18、解：（1）当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到 中心O 点，设电子的速度为v ，则 eE evB =……①
得 B
E v =……② 即 Bb U v =……③ (2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v 进入后，竖直方向作匀加速运动， 加速度为mb
eU a =
……④ 水平作匀速运动，在电场内时间 v L t 11=……⑤ 这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为 b
mv U eL at d 221211221==……⑥ 离开电场时竖直向上的分速度为 m v b
U eL at v 111==……⑦ 电子离开电场后做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏 v
L t 22=……⑧ t 2时间内向上运动的距离为 b
mv L eUL t v d 22122==⊥……⑨ 这样，电子向上的总偏转距离为 )2(121221L L L b
mv eU d d d +=+=……⑩ 可解得 )2/(1212L L bL B Ud m e +=……○11 .
a粒子散射实验
a粒子散射实验 揭示原子有核模型的实验。为E.卢瑟福等人所做，又称卢瑟福a 粒子散射实验。J.J.汤姆孙发现电子揭示了原子具有内部结构后，1903年提出原子的葡萄干圆面包模型，认为原子的正电荷和质量联系在一起均匀连续分布于原子范围，电子镶嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振动。 1909年卢瑟福的助手H.盖革和E.马斯登在卢瑟福建议下做了a粒子散射实验，用准直的a 射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的a粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数a 粒子发生角度比汤姆孙模型所预言的大得多的偏转，大约有1／8000 的a粒子偏转角大于90°，甚至观察到偏转角等于150°的散射，称大角散射，更无法用汤姆孙模型说明。1911年卢瑟福提出原子的有核模型，与正电荷联系的质量集中在中心形成原子核，电子绕着核在核外运动，由此导出a粒子散射公式，说明了 a 粒子的大角散射。卢瑟福的散射公式后来被盖革和马斯登改进了的实验系统地验证。根据大角散射的数据可得出原子核的半径上限为10-14米。此实验开创了原子结构研究的先河。 原子结构模型的演变 原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。下面介绍的几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。 道尔顿原子模型（1803 年）：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。 汤姆生原子模型（1904 年）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。 卢瑟福原子模型（1911 年）：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。 玻尔原子模型（1913 年）：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。 电子云模型（1927 年——1935 年）：现代物质结构学说。 现在，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄表示原子图像的照片。随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。 从英国化学家和物理学家道尔顿（J.John Dalton ，1766～1844）（右图）创立原子学说以后，很长时间内人们都认为原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球，里面再也没有什么花样了。 从1869年德国科学家希托夫发现阴极射线以后，克鲁克斯、赫兹、勒纳、汤姆逊等一大批人科学家研究了阴极射线，历时二十余年。最终，汤姆逊（Joseph John Thomson）发现了电子的存在(请浏览科技园地“神秘的绿色荧光”)。通常情况下，原子是不带电的，既然从原子中能跑出比它质量小1700倍的带负电电子来，这说明原子内部还有结构，也说明原子里
光谱分析 实验报告
实验报告 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发
α粒子散射实验报告含思考题
交通大学实验报告 第1页（共7页）课程：_______近代物理实验_______ 实验日期：年月日 专业班号___ ___组别_______ 交报告日期：年月日 姓名__Bigger__学号_ _ 报告退发：（订正、重做） 同组者___ ________ 教师审批签字： 实验名称：α粒子散射 一、实验目的 1)初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半导 体探测器的使用方法。 2)实验验证瑟福散射的微分散射截面公式。 3)测量α粒子在空气中的射程。 二、实验仪器 粒子源，真空室，探测器与计数系统，真空泵 三、实验原理 1．α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式 可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b有如下关系：
设 E Ze a 0242πε=，则a b ctg 22=θ，这就是库仑散射偏转角公式。 （2）卢瑟福散射公式 在上述库仑散射偏转公式中有一个实验中无法测量的参数b ，因此必须设法寻找一个可测量的量代替参数b 的测量。 经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面公式 0d ()d 1 d d n n N t σθ=?ΩΩ 其物理意义为，单位面积垂直入射一个粒子（n =1）时，被这个面积一个靶原子（10=t N ）散射到θ角附近单位立体角的概率。最终得到 22 2400d ()d 121d d 44sin 2 n Ze nN t E σθθ πε????== ? ?ΩΩ???? 这就是著名的卢瑟福散射公式。 代入各常数值，以E 代表入射α粒子的能量，得到公式： 2 4d 21 1.296d sin 2Z E σθ?? = ?Ω???? ? ?? 其中，d d σΩ的单位为sr mb /，E 的单位为MeV 。 2． 卢瑟福理论的实验验证方法 对卢瑟福散射公式，可以从以下几个方面加以验证。
卢瑟福散射实验报告
陈杨PB05210097 物理二班 实验题目:卢瑟福散射实验 实验目的: 1.通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论； 2.并学习应用散射实验研究物质结构的方法。 实验原理: 现从卢瑟福核式模型出发，先求α粒子散射中的偏转角公式，再求α粒子散射公式。 1.α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式 设原子核的质量为M，具有正电荷+Ze，并处于点O，而质量为m，能量为E，电荷为2e的α粒子以速度ν入射，在原子核的质量比α粒子的质量大得多的情况下，可以认为前者不会被推动，α粒子则受库仑力的作用而改变了运动的方向，偏转θ角，如图所示。图中ν是α粒子原来的速度，b是原子核离α粒子原运动径的延长线的垂直距离，即入射粒子与原子核无作用时的最小直线距离，称为瞄准距离。 图α粒子在原子核的库仑场中路径的偏转 当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。设α粒子最初的的动能和角动量分别为E和L，由能量和动量守恒定
律可知： ???? ??++?=??222202241 ?πεr r m r Ze E （1） L b m mr ==? ? ν?2 （2） 由（1）式和（2）式可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b 有如下关系： 20 2242 Ze Eb ctg πεθ = （3） 设 E Ze a 02 42πε= ，则 a b ctg 22 = θ （4） 这就是库仑散射偏转角公式。 （2）卢瑟福散射公式 在上述库仑散射偏转公式中有一个实验中无法测量的参数b ，因此必须设法寻找一个可测量的量代替参数b 的测量。 事实上，某个α粒子与原子散射的瞄准距离可大，可小，但是大量α粒子散射都具有一定的统计规律。由散射公式（4）可见，θ与b 有对应关系，b 大，θ就小，如图所示。那些瞄准距离在b 到db b +之间的α粒子，经散射后必定向θ到θθd -之间的角度散出。因此，凡通过图中所示以b 为内半径，以db b +为外半径的那个环形ds 的α粒子，必定散射到角θ到θθd -之间的一个空间圆锥体内。
4-关于“a 粒子散射实验”的若干问题
关于“α粒子散射实验”的若干问题 朱建廉 南京市金陵中学（210005） 摘要：就“α粒子散射实验”的教学过程中所碰到的诸如“为什么用金箔做靶”、“卢瑟福获取α粒子散射的精确数据的方法”等问题谈一些看法。 关键词：α粒子散射；实验现象；闪烁法。 笔者在进行“α粒子散射实验”的教学过程中，常会碰到学生提出的诸如：“为什么要用金箔做靶”，“为什么要在真空环境中实验”，“为什么从α粒子的散射现象中就可以概括出原子的核式结构”，“卢瑟福在α粒子散射实验中是怎样获得α粒子散射的精确数据的”等问题。这些问题归纳起来实际上是两类：一类是涉及到“α粒子散射实验”的实验目的、实验原理及实验方法设计的基本问题，相比较而言，这类问题比较容易回答；而另一类则是涉及到具体的实验操作细节中的一些技术问题，回答这类问题要困难得多，带着这些问题笔者查阅了有关资料，归纳写出本文。 1、α粒子散射实验的实验目的、方法设计及设计思想 1.1实验目的 通过对α粒子散射情况的观察与分析，获取关于原子结构方面的信息。 1.2实验方法设计 在真空环境中，使放射性元素钋放射出的α粒子轰击金箔，然后通过显微镜观察用荧光屏（硫化锌屏）接收到的α粒子，借助于对轰击金箔前后的α粒子的运动情况的分析与对比，进而了解金原子的结构情况。 1.3实验方法的设计原理和设计思想 与某一金原子发生作用前后的α粒子运动情况的差异，必然带有金原子结构特征的烙印，而这正是α粒子散射实验的设计思想。卢瑟福所以选择金原子作靶，是利用金的良好的延展特性，把金箔做得尽量薄，以使每一个α粒子在穿过金箔的过程中与尽可能少的金原子发生作用；至于实验要求在真空环境中进行，显然是为了避免气体分子对α粒子的运动产生影响。 2、α粒子散射实验的实验现象及对实验现象的解释 2.1实验现象 α粒子散射实验的现象是沿不同散射角度的方向上均观察到散射的α粒子，但数量不
α粒子散射实验报告含思考题
西安交通大学实验报告 第1页（共7页） 课程：_______近代物理实验_______ 实 验 日 期 ： 年 月 日 专业班号___ ___组别_______ 交报告日期： 年 月 日 姓 名__Bigger__学号_ _ 报 告 退 发 ： （订正、重做） 同 组 者___ ________ 教师审批签字： 实验名称：α粒子散射 一、 实验目的 1) 初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半 导体探测器的使用方法。 2) 实验验证瑟福散射的微分散射截面公式。 3) 测量α粒子在空气中的射程。 二、 实验仪器 粒子源，真空室，探测器与计数系统，真空泵 三、 实验原理 1． α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式 可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b 有如下关系： 设E Ze a 02 42πε=，则a b ctg 22=θ，这就是库仑散射偏转角公式。 （2）卢瑟福散射公式 在上述库仑散射偏转公式中有一个实验中无法测量的参数b ，因此必须设法寻找一个可测量的量代替参数b 的测量。
经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面公式 0d ()d 1d d n n N t σθ=?ΩΩ 其物理意义为，单位面积内垂直入射一个粒子（n =1）时，被这个面积内一个靶原子（10=t N ）散射到θ角附近单位立体角内的概率。最终得到 22 24 00d ()d 121d d 44sin 2 n Ze nN t E σθθπε????== ? ?ΩΩ???? 这就是著名的卢瑟福散射公式。 代入各常数值，以E 代表入射α粒子的能量，得到公式： 24d 211.296d sin 2Z E σθ??= ?Ω???? ??? 其中，d d σΩ的单位为sr mb /，E 的单位为MeV 。 2． 卢瑟福理论的实验验证方法 对卢瑟福散射公式，可以从以下几个方面加以验证。 （1） 固定散射角，改变金靶的厚度，验证散射计数率与靶厚度的线性关系 t N ∝。 （2） 更换α粒子源以改变α粒子能量，验证散射计数率与α粒子能量的平方反比关系21E N ∝。 （3） 改变散射角，验证2 sin 1 4θ∝N 。这是卢瑟福散射击中最突出和最重要 的特征。 （4） 固定散射角，使用厚度相等而材料不同的散射靶，验证散射计数率与
辐射防护实验报告
《辐射防护实验报告》 专业：xxx 姓名：xxx 学号：2010xxxx 实验一：γ射线的辐射防护 一、实验目的 1、掌握X-γ剂量率仪的使用方法； 2、了解环境中的γ照射水平； 3、通过不同时间和距离的测量，获得γ外照射防护的直观认识，加强理论与实际的联系。 二、实验原理 闪烁探测器是利用核辐射与某些透明物质相互作用，使其电离和激发而发射荧光的原理来探测核辐射的。γ射线入射到闪烁体内，产生次级电子，使闪烁体内原子电离、激发后产生荧光。这些光信号被传输到光电倍增管的光阴极，经光阴极的光电转换和倍增极的电子倍增作用而转换成电信号，它的幅度正比于该次级电子能量，再由所连接的电子学设备接收、放大、分析和记录。 三、实验内容 1、测量实验室γ照射本底环境； 2、测量一条环境γ照射剂量率剖面； 3、测量岩石的γ照射剂量率； 4、加放射源，测量并计算不同测量时间情况下的剂量； 5、加放射源，测量不同距离情况下的剂量率。 四、实验设备 1、Ra-226源一个； 2、X-γ剂量率仪一台； 3、岩石标本。 五、实验步骤
布置实验台，注意：严格按照实验步骤进行，首先布置好准直器、探测仪，最后放置放射源，养成良好的操作习惯！！ 实验步骤如下： 1、调节准直器以及探测仪器的相对位置； 2、设置好仪器的测量时间为30秒，记录仪器的本底剂量率Nd （连测3次，取平均值）； 3、在探测仪器对面布置好放射源，使得射束中轴线和准直器中轴线重合，源探距离为1米，如上图所示，测定并记录仪器的剂量率N01（连测3次，取平均值）； 4、调整仪器的测量时间为60秒，测定并记录仪器的剂量率N02（连测3次，取平均值）； 5、调整仪器的测量时间为90秒，测定并记录仪器的剂量率N0（连测3次，取平均值）； 6、暂时屏蔽放射源，源探距离为米，测定并记录仪器的剂量率N1（连测3次，取平均值）； 7、暂时屏蔽放射源，源探距离为2米，测定并记录仪器的剂量率N2（连测3次，取平均值）； 8、在校园里测量一条环境γ照射剂量率剖面，记录每个测点的仪器的剂量率（连测3次，取平均值）； 9、在博物馆前的岩石标本处测量不同岩性岩石的γ照射剂量率，记录每个测量的剂量率（连测3次，取平均值）； 10、数据处理。 数据处理如下： 1）本底剂量率为： 2）在距离放射源、1、2米处不同时间计数率为：
α粒子散射实验 实验报告
α粒子散射实验 实验报告 一．实验目的 1.初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半 导体探测器的使用方法； 2.实验验证卢瑟福散射的微分散射截面公式 二．实验原理 1.瞄准距离与散射角的关系 视α粒子和电子均为点电荷，假设两者间作用力只有静电斥力， 如图1，散射角θ，瞄准距离b ， α粒子质量为m ，入射速度为0v ， 则： （1） （2） 2.卢瑟福微分散射截面公式 设有截面为S 的α粒子束射到厚度为t 的靶上，靶的原子数密度为n ， 则α粒子散射到θ 方向单位立体角内每个原子的有效散射截面为： （3） 设实验中探测器的灵敏面积对靶所张的立体角为Δ ,在某段时间内射 2co t 2b D θ= Ω
到靶上的粒子总数为T，则观察到的粒子数为： （4）三．实验仪器 粒子源真空室探测器与计数系统真空泵 四．实验数据及处理 1．原始数据及处理 表1 探测到的粒子数count与散射角的关系 Angle/°Angle /rad count1count2count3count4count5N=count average count median -10-0.175 668 687 634 683 719 678 683 -9-0.157 806 790 738 824 776 787 790 -8-0.140 875 919 924 923 904 909 919 -7-0.122 1020 1002 960 1032 999 1003 1002 -6-0.105 1069 1092 1100 1075 1058 1079 1075 -5-0.087 1149 1188 1201 1115 1149 1160 1149 -4-0.070 1173 1148 1164 1196 1171 1170 1171 -3-0.052 1190 1225 1225 1236 1237 1223 1225 -2-0.035 1222 1256 1288 1283 1225 1255 1256 -1-0.017 1295 1284 1292 1296 1278 1289 1292 00.000 1310 1290 1281 1264 1355 1300 1290 10.017 1275 1264 1299 1231 1253 1264 1264 20.035 1283 1188 1220 1274 1250 1243 1250 30.052 1248 1236 1211 1201 1257 1231 1236 40.070 1107 1134 1083 1116 1132 1114 1116 50.087 1184 1103 1150 1105 1132 1135 1132 60.105 939 919 932 894 934 924 932 70.122 811 882 757 853 837 828 837 80.140 723 697 729 715 715 716 715 90.157 612 622 627 615 610 617 615 100.175 514 501 541 517 501 515 514 110.192 382 381 412 381 405 392 382 120.209 277 279 310 335 294 299 294 130.227 250 225 227 228 163 219 227 140.244 164 176 160 168 179 169 168 150.262 148 108 127 116 135 127 127 160.279 85 82 65 72 78 76 78 170.297 40 43 33 34 45 39 40 180.314 40 43 33 34 45 39 40 190.332 31 29 28 29 22 28 29 200.349 20 25 20 14 24 21 20
粒度仪实验报告
实验一 ls230/vsm+激光粒度仪测定果汁饮料粒度 1实验目的 1.1了解激光粒度仪的基本操作； 1.2了解激光粒度仪测定的基本原理。 2实验原理 激光粒度分析仪的原理是基于激光的散射或衍射，颗粒的大小可直接通过散射角的大小 表现出来，小颗粒对激光的散射角大，大颗粒对激光的散射角小，通过对颗粒角向散射光强 的测量（不同颗粒散射的叠加），再运用矩阵反演分解角向散射光强即可获得样品的粒度分布。 激光粒度仪原理图如图1所示，来自固体激光器的一束窄光束经扩充系统扩充后，平行 地照射在样品池中的被测颗粒群上，由颗粒群产生的衍射光或散射光经会聚透镜会聚后，利 用光电探测器进行信号的光电转换，并通过信号放大、a/d变换、数据采集送到计算机中， 通过预先编制的优化程序，即可快速求出颗粒群的尺寸分布。 3实验试剂与仪器 3.1实验样品：果汁饮料。 3.2实验仪器：ls230/vsm+激光粒度仪。 4实验步骤 4.1按照粒度仪、计算机、打印机的顺序将电源打开，并使样品台里充满蒸馏水，开泵， 仪器预热10分钟。 4.2进入ls230的操作程序，建立连接，再进行相应的参数设置： 启动run-run cycle（运行信息） （1）选择measure offset(测量补偿)，alignment（光路校正），measure background（测量空白），loading（加样浓度），start 1 run（开始测量 （2）输入样品的基本信息，并将分析时间设为60秒，点击start（开始）。 如需要测量小于0.4μm以下的颗粒，选择include pids，并将分析时 间改为90秒后，点击start（开始） （3）泵速的设定根据样品的大小来定，一般设在50，颗粒越大，泵速越高， 反之亦然。 4.3在测量补偿，光路校正，测量空白的工作通过后，根据软件的提示，加入样品控制 好浓度，obscuration应稳定在8-12%：假如选择了pids，则要把pids稳定在40-50%，待软 件出现ok提示后，点击done（完成）。 4.4分析结束后，排液，并加水清洗样品台，准备下一次分析。 4.5作平行试验，保存好结果，根据要求打印报告。 4.6退出程序，关电源，样品台里加满水，防止残余颗粒附着在镜片上。 5实验结果与讨论 5.1实验结果 由实验结果显示： 平均粒径：141.7μm 6思考题 6.1 ls230/vsm+激光粒度仪的技术特点 ls230/vsm+激光粒度仪的特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操作方便，尤其适合 测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。 （1）双镜头专利技术：避免了更换镜头的麻烦，测量宽分布颗粒时，大、小颗粒的信息 在一次分析中都可得到，大大提高了分析精度。 （2）pids（偏振光强度差）专利技术：用三种方法改进了对小颗粒的测定：多波长（450nm，
α粒子散射实验带来的科学与技术的进步
α粒子散射实验带来的科学与技术的进步 卢瑟福的α粒子散射实验可以说的上近代科学发展史上最重要的物理实验之一，他不仅为建立原子的核式结构模型奠定了实验基础，而且还开创了一种重要的研究微观世界的科学方法——用高速粒子“轰击”。这一实验在科学发展史上具有里程碑式的意义，可以说它打开了微观世界的大门，同时也带来了研究微观世界的“钥匙”，直至今日，依赖于粒子加速器的高能物理学依然是最为尖端的学科，量子力学和相对论的研究都离不开这些长长的加速管道。 起初，卢瑟福设计将原子用高速粒子砸开之一大胆的想法其实是想验证1897年汤姆逊提出的原子“枣糕模型”。他用高速飞行、能量足够高的α粒子作为“炮弹”去“轰击”原子，根据α粒子飞行路径的改变，便可推算出原子的内部构造情况。实验所用装置如图所示,作为“炮弹”的α粒子由放射源R提供，金箔F则作为被轰击的靶。为了便于进行定量的讨论，在R的前方开一个狭缝，使得射到F上的α粒子束方向单一。尽管α粒子与靶原子的碰撞细节无法直接看到，但是它们的碰撞结果却会在荧光屏S上反映出来——打到S上的α粒子会使荧光屏发亮，这样的闪光可以用放大镜M观察。放大镜M可以绕着碰撞中心转动，这样就能够读出不同方向上（各种不同的θ角）被散射α粒子的个数。此外，为避免空气分子对α粒子的影响，整个实验都安排在真空中进行（放大镜M除外）。 这项实验开始进行的并不顺利，大多数α粒子轻易地穿透了金箔，直到1910年底，卢瑟福的学生盖革和马斯顿竟然观察到有些α粒子既然被金箔反弹回来了。用卢瑟福的话说这简直相当于一枚重磅炮弹（15英寸）去轰击一张薄纸，炮弹竟然被纸片弹了回去。后来通过进一步观察表明绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生可较大的偏，并且极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹。 卢瑟福根据实验现象经过分析后认为，汤姆逊的“枣糕模型”是错误的，因为电子的质量不到α粒子的1/7000，α粒子碰到它是不会发生运动方向的变化，而“枣糕模型”中认为原子内部正电荷均匀分布，原子穿过时收到的电荷斥力相互抵消，也不会发生偏转。卢瑟福认为少数α粒子发生了大角度偏转甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比自身大很多的粒子的作用；而绝大多数电子穿过金箔时相当于穿过几千个金原子，但它的运动方向却没有改变，表明原子中绝大多数部分是很空的。由此，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型，认为原子的中心有一个很小的核，原子的全部正电荷和全部的质量几乎都集中在了原子核里，大夫点的电子在核外空间里绕着核旋转。 今天的我们回头看100年前这个精巧有趣的实验可以发现很多东西，比如卢瑟福设计实验的大胆创新与精巧构思，比如科学研究的执着认真，比如对于反常实验结果的思索等等，而我在这里想要说的是科学与技术之间的关系。 我们常常把科学与技术放在一起说，高校里院系一般都是××科学与技术学院，“科学”与“技术”作为两个不同的范畴，是对“科学是什么”的思考过程中不可绕开的部分。瓦托夫斯基如此定义科学：科学是一种用普遍的定律和原理建构的有组织的或系统化的知识体系。进一步来说，人们能够彻底理解自身所看到的自然现象的运作、根源、本质，并进一步运用获得的知识作为指导思想，对未来进行预测。因此严格意义上的“科学”进步终极目标是在改变世界的同时改变人们的世界观。与之相对应的，“技术”是解决现实世界中具体问题的能力和方法。科学与技术无疑关系紧密，科学的发展很大程度上会促进新技术的产生，而新的技术则也会促进科学的发展。但从本质上来说，他们又是矛盾的，科学是未知，是对未知世界的探索，而技术是已知，是对现有知识的应用。科学天然带有一种“破”，许许多多的科学发现往往会颠覆人们的对世界的认知，卢瑟福的发现推翻了汤姆逊的学说，而相对
粒度仪实验报告
粒度的测定实验报告 1.实验名称：利用LS230/VSM+激光粒度仪对果珍果汁进行粒度分析 2.实验目的：（1）了解粒度仪的原理及使用方法； （2）对果珍果汁的粒径进行测定分析。 3.实验步骤：（1）前期准备：去离子水，果汁，滴管； （2）利用粒度仪对果汁的粒度进行测定； （3）对数据进行分析处理。 4.粒度仪原理：通过动态光散射进行粒度测量 4.1粒子的布朗运动 悬浮在液体中的粒子由于同溶剂分子的随机碰撞而产生布朗运动。这种运动会造成粒子在整个媒介中扩散。根据斯托克斯爱因斯坦方程，扩散系数D与粒度成反比： D：扩散系数；k B：波耳兹曼常数；T：绝对温度；η0：粘度；d：流体力学直径 此方程表明，对于较大的粒子，D会相对较小，因而粒子会缓慢移动；而对于较小粒子，D会较大，并且粒子将更快速地移动。因此，通过观察布朗运动以及测定液体媒介中粒子的扩散系数，便可以测定粒子的粒径。 4.2来自布朗运动中粒子的光散射 在动态光散射中，测量布朗运动中粒子所散射光线随时间的波动。图2.1.2通过动态光散射测定粒度通过示意图表明如何通过光散射法来测定粒度及其粒度分布。当激光向粒子照射时，激光光线会向所有方向散射。所观察到的散射光线来源于在一个散射量内的一组散射元素，散射量通过散射角度和检测孔来确定。在任何时刻所观察到的散射光的强度将是每个元素所散射光的干涉的结果，因此将取决于元素的相对位置。如果微粒在运动，则微粒的相对位置将随时间变化，并且因此将会观察到散射强度在时间上的波动。 由于布朗运动中的粒子是随机移动的，所以散射强度的波动也是随机的。对于快速运动的较小粒子，波动将会快速地发生；而对于较慢运动的较大粒子，波动会慢一些。使用自相关函数对散射光的波动进行分析。
衍射实验报告
单缝衍射光强分布研究 教学目的 1、观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解； 2、学会使用衍射光强实验系统，并能用其测定单缝衍射的光强分 布； 3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。 重点： sgs-3型衍射光强实验系统的调整和使用 难点：1）激光光线与光电仪接收管共轴调节；2）光传感器增益度 的正确调整 讲授、讨论、实验演示相结合 3学时 一、实验简介 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射现象的存在，深刻说 明了光子的运动 是受测不准关系制约的。因此研究光的衍射，不仅有 助于加深对光的本性的理解，也是 近代光学技术（如光谱分析，晶体 分析，全息分析，光学信息处理等）的实验基础。 衍射导致光强在空间的重新分布，利用光电传感元件探测光强的相 对变化，是近 代技术中常用的光强测量方法之一。 二、实验目的 1、学会sgs-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法； 2、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理 解； 3、学会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规 律； 4、学会用衍射法测量狭缝的宽度。 三、实验原理 1、单缝衍射的光强分布 当光在传播过程中经过障碍物时，如不透明物体的边缘、小孔、细 线、狭缝等， 一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果 障碍物的尺寸与波长相近，那么 这样的衍射现象就比较容易观察到。 单缝衍射[single-slit diffraction]有两种：一种是菲涅耳衍射 [fresnel diffraction]，单 缝距离光源和接收屏[receiving screen] 均为有限远[near field]，或者说入射波和衍射波都 是球面波；另一 种是夫琅禾费衍射[fraunhofer diffraction]，单缝距离光源和接收屏 均为 无限远[far field]或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作 是平面波。 在用散射角[scattering angle]极小的激 光器(<0.002rad)产 生激光束[laser beam]， 通过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝后大于0.5m的地方 放上观察屏，禾费衍射条纹，如图1所示。 当激光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理[huygens- fresnel principle]，单 缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面 子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏 上可以得到一组平行于单 缝的明暗相间的条纹。
XRD实验报告
XRD 实验报告 一、实验名称 X 射线衍射（XRD ）实验 二、实验目的 1. 了解X 射线衍射的工作原理和仪器结构； 2. 掌握X 射线衍射仪的操作步骤和注意事项; 三、实验原理 X 射线是一种波长很短（约20?0.06?）的电磁波，能穿透一定厚度的物质， 并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产 生的X 射线中，包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的 X 射线，称为特征 （或标识）X 射线。 X 射线在晶体中产生的衍射现象，是由于晶体中各个原子中电子对 X 射线 产生相干散射和相互干涉叠加或抵消而得到的结果。 晶体可被用作X 光的光栅， 这些很大数目的粒子（原子、离子或分子）所产生的相干散射将会发生光的干涉 作用，从而使得散射的X 射线的强度增强或减弱。由于大量粒子散射波的叠加， 互相干涉而产生最大强度的光束称为 X 射线的衍射线。 当一束单色X 射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组 成，这些规则排列的原子间距离与入射 X 射线波长有相同数量级，故由不同原 子散射的X 射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强 间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。这就是 晶体对X 射线衍射示意图 衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示： 2ds in n 其中d 是晶体的晶面间距，0为X 射线的衍射角，入为X 射线的波长，n 为 衍射级数。应用已知波长的X 射线来测量0角，从而计算出晶面间距 d,这是用 于X 射线结构分析；另一个是应用已知 d 的晶体来测量0角，从而计算出特征 X 射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。 X 射线衍射，衍射线在空 X 射线衍射的基本原理。
光谱分析报告 实验报告材料
实 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁 波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发
卢瑟福散射实验(277)
卢瑟福散射实验 4 PB04210277 刘善峰 实验目的：通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论； 并学习应用散射实验研究物质结构的方法。 实验原理: α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式 设原子核的质量为M ，具有正电荷+Ze ，并处于点O ，而质量为m ，能量为E ，电荷为2e 的α粒子以速度ν入射， 当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。设α粒子最初的的动能和角动量分别为E 和L ，由能量和动量守恒定律可知： ??? ? ??++?=??222202241 ?πεr r m r Ze E （1） L b m mr ==? ? ν?2 （2） 由（1）式和（2）式可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b 有如下关系： 2 2242 Ze Eb ctg πεθ = （3） 设E Ze a 02 42πε=，则a b ctg 22=θ （4） 设靶是一个很薄的箔，厚度为t ，面积为s ，则图3.3-1中的db ds π2=，一个α粒子被一个靶原子散射到θ方向、θθd -范围内的几率,也就是α粒子打在
环ds 上的概率,即 θ θ θ ππd s a s db b s ds 2 sin 82cos 223 2== (5) 若用立体角Ωd 表示, 由于 θ θ θ πθ θ πd d d 2 cos 2 sin 42 sin 2==Ω 则 有θθ d s d a s ds 2 sin 1642Ω= (6) 为求得实际的散射的α粒子数，以便与实验进行比较，还必须考虑靶上的原子数和入射的α粒子数。 由于薄箔有许多原子核,每一个原子核对应一个这样的环,若各个原子核互不遮挡,设单位体积内原子数为0N ,则体积st 内原子数为st N 0，α粒子打在这些环上的散射角均为θ，因此一个α粒子打在薄箔上，散射到θ方向且在Ωd 内的概率为 s t N s ds ?0。 若单位时间有n 个α粒子垂直入射到薄箔上，则单位时间内θ方向且在Ωd 立体角内测得的α粒子为： 2 sin 424142 20200θπεΩ???? ????? ? ??=?=d E Ze t nN s t N s ds n dn （7） 经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面 Ω ?=Ωtd N n dn d d 01 )(θσ
卢瑟福散射实验3
卢瑟福散射实验 PB04210277 刘善峰 实验目的：通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论； 并学习应用散射实验研究物质结构的方法。 实验原理: α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式 设原子核的质量为M ，具有正电荷+Ze ，并处于点O ，而质量为m ，能量为E ，电荷为2e 的α粒子以速度ν入射， 当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。设α粒子最初的的动能和角动量分别为E 和L ，由能量和动量守恒定律可知： ??? ? ??++?=??222202241 ?πεr r m r Ze E （1） L b m mr ==? ? ν?2 （2） 由（1）式和（2）式可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b 有如下关系： 2 2242 Ze Eb ctg πεθ = （3） 设E Ze a 02 42πε=，则a b ctg 22=θ （4） 设靶是一个很薄的箔，厚度为t ，面积为s ，则图3.3-1中的db ds π2=，一个α粒子被一个靶原子散射到θ方向、θθd -范围内的几率,也就是α粒子打在
环ds 上的概率,即 θ θ θ ππd s a s db b s ds 2 sin 82cos 223 2== (5) 若用立体角Ωd 表示, 由于 θ θ θ πθ θ πd d d 2 cos 2 sin 42 sin 2==Ω 则 有θθ d s d a s ds 2 sin 1642Ω= (6) 为求得实际的散射的α粒子数，以便与实验进行比较，还必须考虑靶上的原子数和入射的α粒子数。 由于薄箔有许多原子核,每一个原子核对应一个这样的环,若各个原子核互不遮挡,设单位体积内原子数为0N ,则体积st 内原子数为st N 0，α粒子打在这些环上的散射角均为θ，因此一个α粒子打在薄箔上，散射到θ方向且在Ωd 内的概率为 s t N s ds ?0。 若单位时间有n 个α粒子垂直入射到薄箔上，则单位时间内θ方向且在Ωd 立体角内测得的α粒子为： 2 sin 424142 20200θπεΩ???? ????? ? ??=?=d E Ze t nN s t N s ds n dn （7） 经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面 Ω ?=Ωtd N n dn d d 01 )(θσ
细粒物颗粒度组成筛分分析实验报告
化学化工学院材料化学专业实验报告 实验名称：细粒物粒度组成筛分分析. 年级:2015级材料化学日期：2017/10/25 姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵 一、预习部分 (一)振动筛的筛分方法： 1.1、重叠筛分法： 在由粗到细的筛分中，直线筛的筛面重叠起来，上层筛面的筛孔较大，以下各层逐渐减小，因为直线筛筛框两侧有间隙，会造成筛分精度的降低，这种筛分方法适合量大的物料的处理； 1.2、分层序列筛分法： 一般来说，多层设备的筛分是由粗到细的，最上面是最粗的筛网，往下递减，其设备检修方便，容易观察设备各层筛面的工作情况；而由细到粗的筛分中，筛面顺次是相反的，单轴设备，旋振筛各筛能沿整个筛面长度分别排出，其筛分效果很明显，每个层面互不影响的； 1.3、联合筛分法，又称混合筛分法： 在联合流程中，一部分筛面由粗到细排列，另一部分由细到粗排
列；在实际生产中，圆振动筛通常用由粗到细或联合的筛分流程；圆振筛是根据筛分物料的特殊要求制定的，筛分精度和轨迹都很理想，最适用于筛分粗矿。 (二)筛分的定义及作用 2.1、定义 一、筛分是将粒子群按粒子的大小、比重、带电性以及磁性等粉体学性质进行分离的方法。 二、用带孔的筛面把粒度大小不同的混合物料分成各种粒度级别的作业叫做筛分。 2.2、作用 用筛孔尺寸不同的筛子将固体物料按所要求的颗粒大小分开的操作。常与粉碎相配合，使粉碎后的物料的颗粒大小可以近于相等，以保证合乎一定的要求或避免过分的粉碎。 一、筛分是利用筛子把粒度范围较宽的物料按粒度分为若于个级别的作业。分级是根据物料在介质（水或空气）中沉降速度的不同而分成不同的粒级的作业。筛分一般用于较粗的物料，即大于0。25毫米的物料。较细的物料，即小于0。2毫米的物料多用分级。但是近几年来，国内外正在应用细筛对磨矿产品进行分级，这种分级效率一般都比较高。 二、根据筛分的目的不同，筛分作业可以分为五类：（1）独立分
卢瑟福散射实验报告
实验报告 陈杨PB05210097 物理二班 实验题目:卢瑟福散射实验 实验目的: 1.通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论； 2.并学习应用散射实验研究物质结构的方法。 实验原理: 现从卢瑟福核式模型出发，先求α粒子散射中的偏转角公式，再求α粒子散射公式。 1.α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式 设原子核的质量为M，具有正电荷+Ze，并处于点O，而质量为m，能量为E，电荷为2e的α粒子以速度ν入射，在原子核的质量比α粒子的质量大得多的情况下，可以认为前者不会被推动，α粒子则受库仑力的作用而改变了运动的方向，偏转θ角，如图所示。图中ν是α粒子原来的速度，b是原子核离α粒子原运动径的延长线的垂直距离，即入射粒子与原子核无作用时的最小直线距离，称为瞄准距离。 图α粒子在原子核的库仑场中路径的偏转 当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。
设α粒子最初的的动能和角动量分别为E 和L ，由能量和动量守恒定律可知： ???? ??++?=??222 202241 ?πεr r m r Ze E （1） L b m mr ==? ?ν?2 （2） 由（1）式和（2）式可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b 有如下关系： 202242Ze Eb ctg πεθ = （3） 设 E Ze a 02 42πε=，则 a b ctg 22=θ （4） 这就是库仑散射偏转角公式。 （2）卢瑟福散射公式 在上述库仑散射偏转公式中有一个实验中无法测量的参数b ，因此必须设法寻找一个可测量的量代替参数b 的测量。 事实上，某个α粒子与原子散射的瞄准距离可大，可小，但是大量α粒子散射都具有一定的统计规律。由散射公式（4）可见，θ与b 有对应关系，b 大，θ就小，如图所示。那些瞄准距离在b 到db b +之间的α粒子，经散射后必定向θ到θθd -之间的角度散出。因此，凡通过图中所示以b 为内半径，以db b +为外半径的那个环形ds 的α粒子，必定散射到角θ到θθd -之间的一个空间圆锥体内。