原子物理课件cap1
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《原子的结构》PPT课件
电子的能级
电子在原子中具有不同的能级，每个 能级对应不同的电子轨道和能量状态。
电子的运动
电子在原子核外以极高的速度运动， 形成“电子云”或“概率分布”。
原子核与电子的关系
电荷平衡
原子核的正电荷与电子的负电荷 相互平衡，使得整个原子呈电中
性。
引力与斥力
原子核与电子之间存在引力和斥力， 引力使得电子被束缚在原子核周围， 斥力则使得电子不会塌缩到原子核 中。
电负性是衡量元素在化合物中吸引电子能力 相对大小的标度，电负性越大，元素的非金 属性越强。
元素周期表的应用
预测未知元素的性质
根据已知元素的性质和周期律， 可以预测未知元素的性质。
指导新材料的研发
利用元素周期表中的元素性质， 可以指导新材料的研发，如超导 材料、半导体材料等。
指导化学反应
利用元素周期表中的元素性质， 可以指导化学反应的进行，如选 择合适的催化剂、反应条件等。
3
汤姆生的“葡萄干面包”模型 发现电子后，提出原子由带正电的“面包”和嵌 在其中的带负电的“葡萄干”（电子）组成。
原子结构研究的重要性
01
02
03
理解物质本质
原子是构成物质的基本单 元，研究其结构有助于理 解物质的本质属性。
推动科技发展
原子结构的深入研究为量 子力学、核能利用、材料 科学等领域的发展奠定了 基础。
性质。
原子结构与元素性质的关系
原子半径
电离能
原子半径的大小与元素的化学性质密切相关， 原子半径越大，原子核对核外电子的吸引力 越小，元素的金属性越强。
电离能的大小反映了原子失去电子的难易程 度，电离能越小，原子越容易失去电子，元 素的金属性越强。
《原子物理第八章》课件
辐射与吸收
当电子从高能级跳迁到低能级时 ，会释放能量并产生辐射；反之 ，电子吸收能量并从低能级跳迁
到高能级。
03
原子光谱分析
原子光谱的分类
01
02
03
04
特征光谱
由于原子能级间跃迁产生，具 有特定波长，可用于元素鉴定
。
线光谱
由原子中电子在特定能级间跃 迁产生，包括发射光谱和吸收
光谱。
带光谱
由原子中电子在多个能级间跃 迁产生，形成连续光谱带。
量差。
原子辐射的光子频率、波长和能量与原 子的能级差有关，不同元素的原子辐射
具有不同的特征谱线。
原子吸收的原理
原子吸收是指原子吸收特定频率光子的过程，使电子从基态跃迁到激发态。
当特定频率的光子与原子相互作用时，如果光子的能量与原子某两个能级之间的能 量差相等，则光子会被原子吸收，使电子跃迁到激发态。
《原子物理第八章》 ppt课件
目录
• 原子物理第八章概述 • 原子结构与性质 • 原子光谱分析 • 量子力学基础 • 原子辐射与吸收 • 原子物理实验方法
01
原子物理第八章概述
章节内容介绍
原子能级与光谱
介绍原子能级的概念、光谱线的 分类和特征，以及光谱分析的应
用。
原子辐射与吸收
探讨原子辐射和吸收的机理，以及 辐射和吸收光谱的观测和分析。
安全性。
核磁共振技术
03
利用量子力学原理，通过测量原子核的自旋磁矩来研究物质的
微观结构和性质。
05
原子辐射与吸收
原子辐射的原理
原子辐射是指原子在能级跃迁过程中释 放出光子的过程。
原子辐射的原理基于量子力学理论，即 原子中的电子只能在特定能级上运动， 当电子从高能级向低能级跃迁时，会释 放出光子，其能量等于两能级之间的能
原子的结构完整版PPT课件
工业领域应用
放射性同位素可用于材料 检测、无损探伤、辐射加 工等。
其他领域应用
放射性同位素还可用于科 学研究、环境保护、农业 生产等领域。
放射性同位素对环境影响及安全防护措施
对环境影响
放射性同位素衰变产生的射线会对环境和生物体造成危害，如污 染空气、水源和土壤等。
安全防护措施
为了保障人类和环境安全，需要采取一系列安全防护措施，如合 理选址、屏蔽防护、废物处理等。
放射性同位素概念及来源
放射性同位素定义
01
具有相同原子序数但质量数不同的同位素，能自发地放出射线
并转变为另一种元素。
放射性同位素来源
02
天然放射性元素和人工合成放射性元素。
放射性同位素衰变类型
03
α衰变、β衰变和γ衰变。
放射性同位素在医学、工业等领域应用
医学领域应用
放射性同位素可用于诊断 和治疗疾病，如放射性碘 治疗甲状腺疾病、PET扫 描等。
过渡元素位于周期表中间部分， 包括3~12列的元素。它们具有 多种氧化态和丰富的化学性质， 是构成众多合金和催化剂的重要
成分。
稀有气体元素
稀有气体元素位于周期表的最右 侧，它们具有稳定的8电子构型 （氦为2电子构型），化学性质 极不活泼，一般不易与其他物质
发生化学反应。
04
化学键与分子间作用 力
化学键类型及特点
分子间作用力影响物质的物理性质
分子间作用力主要影响物质的熔点、沸点、密度、硬度等物理性质。一般来说，分子间作用力越强，物质的熔点 、沸点越高，密度越大，硬度也越大。例如，氢键的存在使得水的熔沸点异常高，范德华力则主要影响由分子构 成的物质的物理性质。
05
原子光谱与能级跃迁
原子物理第一章.ppt
在一个原子中，若有两个电子具有完全相
同的量子态，即
A (q1, q2 )
1 2
[
(q1
)
(q2
)
(q2
)
(q1
)]
交换反对称性波函数
A (q1, q2 )
1 2
[
(q1)
(q2
)
(q2
)
(q1
)]
1 2
[
(q1
)
(q2
)
(q2
)
总角动量 J L S ，根据上述耦合法则
J j( j 1)
其中 j l s,l s 1, l s
对于两个价电子的情形：s=0,1 . 当s=0时，j=l,s=1；s=1时，
j l 1,l,l 1
由此可见，在两个价电子的情形下，对于
给定的l ，由于s的不同，有四个j,而l的不同， 也有一组j，l的个数取决于l1l2； 可见， 一种 电子组态可以与多重原子态相对应。此外，由
,
r2
)
1 2
[ua
(r1
)ub
(r2
)
ua
(r2
)ub
(r1)]——对称
1 2
[ua
(r1
)ub
(r2
)
ua
(r2
)ub
(r1
)]——反对称
氦原子波函数 u
us (r1, r2 )00 ——S=0
(q1,
q2
)
原子物理PPT课件 人教版
Y
01 e
每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增
加1，质量数不变．β衰变的实质是元素的原子核内的一
个中子变成质子时放射出一个电子．
(核内
01n
11H
0 1
e
)
考点理解（3γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的、
γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．其实质是放射性 原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具 有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子． (4)半衰期:是放射性元素的大量原子核有半数发生衰变需要的时
和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法
中正确的有
A.打在图中a、b、c点的依次是α射线、γ射线和β射线
B.α射线和β射线的轨迹是抛物线 C.α射线和β射线的轨迹是圆弧
AC
D.如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的
匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b
ａ
ｂ Ａ
ｃ
考点理解 3、原子核的衰变规律
【例7】若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天,
则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比，即
mA ：mB 是( C )
A、30∶31 B、31∶30
C、1∶2 D、2∶1
规律方法
【例7】如图所示，两个相切的圆表示一个
静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀
强磁场中的运动轨迹，可能的是（
原子物理
考点理解 一、原子的核式结构模型
1、汤姆生的“枣糕”模 型（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复 杂结构． (2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整 个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．
第一课原子物理课件cap1
2．绝对质量（ The absolute atomic masses ）
按阿氏定律，1mol 原子的任何物质中，都含有N0个原子。 若原子量为A，N0个原子的质量为A克，则每个原子的绝对 质量为：
MA
A N0
例如：
MH
AH ＝1.67367 10－27 kg N0
3. 测定N0的方法
（1）电解法 1833年，法拉第提出电解定律，推得：1mol任何原子的单 价离子永远带有相同的电量。该电量即为法拉第常数
1897年德国W.考夫曼（Kaufman，1871-1947）
做了类似的实验，他测到的远比汤姆逊的要精确，与现代
值只差1%，他还观察到了e/m值随电子速度的改变而改
变（
，爱因斯坦1905年在相对论中预言
），但是，他当时没有勇气发表这些结果：他不承认阴极
射线是粒子的假设。直到1901年，他才把结果公布于世
F＝96486.70库仑 / 摩尔
假设原子的原子价为n，则
N0＝一摩尔的原子数
＝ 分解一摩尔原子的物质所需电量 一个离子所带的电量
＝ nF F ne e
精密测定e，则可求出N0：
N0 6.0221691023(摩尔）－1
例：对氢原子，其质量：
MH
AH N0
1.673671027 kg
分子的平均自由程：＝ 1 4 2Nr 2
其中，N为单位体积中的分子数，r 为分子的半径。
若 和N由实验测定，r 可由上式算出。
3. 由范德瓦尔斯方程
1mol实际气体，满足方程：
（P
a V2
）
理论上，b等于分子所占体积的4倍，实验测出b, 即可得到
原子物理ppt课件
α r
r r
2
r
O
r
α > 0 斥力 α < 0 引力
守恒 守恒
V=
α
r r⊥L
x
1 2 α E = mv + 2 r
L
M = r×F = 0
L = r × mv
O
r
mr 2 = L & m 2 2 2 α & & (r + r ) + = E 2 r
& = L mr 2
m 2 L2 α & r + + =E 2 2 2mr r
m = 1 n = 2, 3, 4, K
m = 2 n = 3, 4, 5, K
m = 3 n = 4, 5, 6, K m = 4 n = 5, 6, 7, K m = 5 n = 6, 7, 8, K
原子光谱特点： 原子光谱特点： 分立线光谱 波数可表示为两光谱项之差
§3．玻尔氢原子理论
1．原子行星模型的困难 me
原子物理 Physics） （Atomic Physics）
1．原子结构和玻尔模型 2．单电子原子 3．多电子原子
古代原子学说
B. C. 4世纪 4世纪
Democritus
原子（Atom） 组成物质的最小单元， 原子（Atom） 组成物质的最小单元，永恒不变 机械原子学说 17世纪 17世纪 有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体 原子的运动是机械位移，遵守力学定律 原子的运动是机械位移， 困难：不能解释光、 困难：不能解释光、电、热等物理现象和燃烧等化学过程 Newton
cot
θ
2
= tan r →∞
cot
《原子物理学》PPT课件
R
40 2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
15
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m v02
1 2
m v12
1 2
meve2
2
28
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3)
• 空心圆锥体的立体角 ~ d
ds 2 r sin rd ;
d
ds r2
2
sin d
2 b | db
A
|
a2d 16 Asin4
2
29
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环;
• 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn • 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp(
)
16
a2d
4
Asin
nAt
2
30
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
• N个粒子打在薄箔上测量到 ~ -d 的粒子数
dN
N a2d 16 A sin 4
nAt
ntN
1
4 0
Z1Z2e2 4E
2
d
sin4
2
2
• 微分截面(卢瑟福公式)
–重复散射也不会产生大角度
• 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向 特别不会稳定地朝某一方向散射
–汤姆逊原子模型与实验不符!
18
40 2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
15
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m v02
1 2
m v12
1 2
meve2
2
28
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3)
• 空心圆锥体的立体角 ~ d
ds 2 r sin rd ;
d
ds r2
2
sin d
2 b | db
A
|
a2d 16 Asin4
2
29
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环;
• 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn • 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp(
)
16
a2d
4
Asin
nAt
2
30
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
• N个粒子打在薄箔上测量到 ~ -d 的粒子数
dN
N a2d 16 A sin 4
nAt
ntN
1
4 0
Z1Z2e2 4E
2
d
sin4
2
2
• 微分截面(卢瑟福公式)
–重复散射也不会产生大角度
• 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向 特别不会稳定地朝某一方向散射
–汤姆逊原子模型与实验不符!
18
原子物理课件第一章
2.5 1015 Hz
m
波长 1200 Å
只发一条光谱线!
实验结果： 1885 年, 巴尔未, 发现氢原子至少发 14 条光谱线 !
汤姆逊原子模型与实验不符 !
2．卢瑟福原子模型
（1） α粒子散射实验（1909，盖革——马斯顿） 1896 年发现放射性，其中有α粒子流，接近光速。 实验装置：
12 N A
NA
原子质量 MA = 原子量 [u] = A[u]
利用 E = mc2, 得：
1 [u] = 931.5 MeV/C2 me = 0.511 MeV/C2 mp = 938 MeV/C2 1 Mev = 106 eV
原子尺寸：
一颗原子体积 =
4 r 3
3
= 一颗原子的质量 / 原子质量密度
Fmax F |rR eEmax
p
Fmax t
2Ze 2
4 0R2
2R v
p’ Δp
p
Fmax
F
|rR eEmax
e1013
v m
p
Fmax t
2Ze 2
4 0 R 2
2R v
p’ Δp
p
tg ~ p 2Ze2 / 4 0R 2.88105 Z
p
1 2
mv2
E
R~10-10m
单位：Mev
d
—— 散射截面
即：入射到圆环d
上的
d 粒子，必定被散射到
之间
的空心圆锥体之中
由（*）式得：
d 2 a ctg a cse2 1 d
∴
p
2mv 0
sin
2
1 ( )
2
F cos
1 ( )
m
波长 1200 Å
只发一条光谱线!
实验结果： 1885 年, 巴尔未, 发现氢原子至少发 14 条光谱线 !
汤姆逊原子模型与实验不符 !
2．卢瑟福原子模型
（1） α粒子散射实验（1909，盖革——马斯顿） 1896 年发现放射性，其中有α粒子流，接近光速。 实验装置：
12 N A
NA
原子质量 MA = 原子量 [u] = A[u]
利用 E = mc2, 得：
1 [u] = 931.5 MeV/C2 me = 0.511 MeV/C2 mp = 938 MeV/C2 1 Mev = 106 eV
原子尺寸：
一颗原子体积 =
4 r 3
3
= 一颗原子的质量 / 原子质量密度
Fmax F |rR eEmax
p
Fmax t
2Ze 2
4 0R2
2R v
p’ Δp
p
Fmax
F
|rR eEmax
e1013
v m
p
Fmax t
2Ze 2
4 0 R 2
2R v
p’ Δp
p
tg ~ p 2Ze2 / 4 0R 2.88105 Z
p
1 2
mv2
E
R~10-10m
单位：Mev
d
—— 散射截面
即：入射到圆环d
上的
d 粒子，必定被散射到
之间
的空心圆锥体之中
由（*）式得：
d 2 a ctg a cse2 1 d
∴
p
2mv 0
sin
2
1 ( )
2
F cos
1 ( )
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在学习这门课的时候；一部分问题 的谜底会逐渐揭开，现在我们来粗略 地估计一下原子的大小。 back next
原子 电子 关于 卢斯 福
目录 结束
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识
电子的发现并不是偶然的，在此之前 已有丰富的积累。
1811年，阿伏伽德罗（A.Avogadno）定律 问世，提出1mol任何原子的数目都是 6.02*10^23个。 1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定 律，1mol任何原子的单价离子永远带有相同的 电量-即法拉第常数。
卢瑟福感到惊奇，“就像一枚15英寸的炮弹打在一张 纸上又被反射回来一样”。 1911年，卢瑟福提出了“核式结构模型”。
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第二节：卢斯福模型的提出
卢瑟福1871年8月30日生于新西 兰的纳尔逊，毕业于新西兰大学 和剑桥大学。 1898年到加拿大任马克歧尔大 学物理学教授，达9年之久，这期 间他在放射性方面的研究，贡献 极多。 1907年，任曼彻斯特大学 物理学教授。1908年因对放射化 学的研究荣获诺贝尔化学奖。 1919年任剑桥大学教授，并任卡 文迪许实验室主任。1931年英王 授予他勋爵的桂冠。1937年10月 19日逝世。
斯福
气体的体积与其中所含的粒子数目有关。阿伏 伽德罗定律告诉我们，温同压下，相同体积的不 同气体含有相等数目的分子。
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第一章：原子的位形：卢斯福模型 第一节：背景知识
当原子学说逐渐被人们接受以后， 人们又面临着新的问题： 原子有多大？
原子的内部有什么？
原子是最小的粒子吗？....
分解一摩尔原子的物质所需电量 ＝ 一个离子所带的电量 nF F ＝ ne e
精密测定e，则可求出N0：
N 0 6.022169 10 (摩尔）
23
－1
例：对氢原子，其质量：
MH
AH N0
1.67367 10
27
kg
对于其它原子，最大的是这个数的二百几十倍
(2) 分子运动论法： N0=
频率就相当于这些振动的频率。
2. 土星模型 1904年，日本长冈半太郎（Hantaro Nagaoka）提出。 观点：正电荷集中于中心，电子均匀地分布在绕正电球 旋转的圆环上。 3. 卢瑟福模型（ Rutherford’s model of atom ）
1909年，卢瑟福的学生盖革（H.Geiger）和马斯顿（E. Marsden）在用粒子轰击原子的实验中，发现粒子在轰 击原子时，大约有1/8000的几率被反射回来。
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Thomson模型 α散射实验 Thomson模 型的失败
Rutherford模 型的提出
目录
结束
第一章：原子的位形：卢斯福模型
12( g ) 1 1( g ) 1u 1.660 10-27 kg 931.5MeV/c 2 N 12 N A A
元素 X 的原子质量为
A是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。
A( g ) M (X) Au NA
例：A(H)=1.0079, A(C)=12.011, A(0)=15.999. 2．绝对质量（ The absolute atomic masses ） 按阿氏定律，1mol 原子的任何物质中，都含有N0个原子。 若原子量为A，N0个原子的质量为A克，则每个原子的绝对 质量为：
3
原子
电子
关于卢 斯福
那么A克原子的总体积为 A / (cm3 ) ，一个 4 3 4 原子占的有体积为 r ，即 r 3 * N A A / 3 3 所以原子的半径 r 3 3 A / 4N A，依此可以算 出不同原子的半径，如下表所示：
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目录
结束
第一章：原子的位形：卢斯福模型
电子电荷的精确测定是在1910年由R.A.密立根 （Millikan）作出的，即著名的“油滴实验”。
e=1.60217733×10-19C， m=9.1093897×10-31kg。
MA A N0
• A：以克为单位时, 一摩尔原子的质量. 。 1 3 A 3 N0: 阿 伏 加 德 罗 常 r( ) 数。(6.0221023/mol) 4N 0
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原子
电子
关于卢 斯福
目录
结束
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第二节：卢斯福模型的提出 为了检验汤姆逊模型是否正确,卢瑟福于 1911年设计了α 粒子散射实验,实验中观察到 大多数粒子穿过金箔后发生约一度的偏转.但 有少数α 粒子偏转角度很大,超过90度以上, 甚至达到180度. 对于α 粒子发生大角度散射的事实,无 法用汤姆逊(Thomoson)模型加以解释.除非 原子中正电荷集中在很小的体积内时，排 斥力才会大到使α 粒子发生大角度散射,在 此基础上,卢瑟福(Rutherford)提出了原子 的核式模型.
其中，N为单位体积中的分子数，r 为分子的半径。 若 和N由实验测定，r 可由上式算出。 3. 由范德瓦尔斯方程 1mol实际气体，满足方程：
理论上，b等于分子所占体积的4倍，实验测出b, 即可得到 分子的半径。 结论：不同原子半径不同，但数量级都相同，均为10－10米。
a （P 2 ） b) RT (V V
1897年，汤 姆逊通过阴极射线管 的实验发现了电子， 并进一步测出了电子 的荷质比:e/m 汤姆逊被誉为:“一位 最先打开通向基本粒 子物理学大门的伟人.”
图１汤姆逊正在进 行实验
图2 阴极射线实验装置示意图
加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。 再加磁场H后，射线不偏转， qB qE E / B 。 去掉电场E后，射线成一圆形轨迹， qB m 2 / r q / m E / rB 2 求出荷质比。 微粒的荷质比为氢离子荷质比的千倍以上阴极 射线质量只有氢原子质量的千分之一还不到 电子
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第二节：卢斯福模型的提出 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 看来较为合理的模型.
Thomson模型 α散射实验 Thomson模 型的失败
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".
back next 目录 结束
原子
电子
关于卢 斯福
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识 在此基础上，1893年道尔顿提出了他的原 子学说，他认为:
原子
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，质量也不相同； 3.两种可以化合的元素，它们的原子可能按
第一节：背景知识 不同原子的半径 元素 Li 原子量 7 质量密度 0.7 原子半径 0.16
原子
电子
关于卢 斯福
Al
Cu S Pb
27
63 32 207
2.7
8.9 2.07 11.34
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0.16
0.14 0.18 0.19
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2. 气体分子运动论法：
1 分子的平均自由程： ＝ 4 2 Nr 2
R ，PV=RT， 式中的K可根据分布规律确定。 k
另外，还有其它方法，如：晶体的X射线衍射方法， 放射衰变变法等。
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识 假设某固体元素的原子是球状的，半径为r 米，原子之间是紧密地堆积在一起的。若该 元素的原子量为A，那么1mol该原子的质量 为A，若这种原子的质量密度为 ( g / cm ),
Atomic Physics 原子物理学
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节 背景知识
第二节 卢斯福模型的提出 第三节 卢斯福散射公式 第四节 卢斯福公式的实验验证 第五节 行星模型的意义及困难
结束
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识 “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。 在十九世纪，人们在大量的实验中认识了 一些定律，如： 定比定律： 元素按一定的物质比相互化合。 倍比定律： 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。
1897年，汤姆逊（J.J.Thomson）发现电子： 通过阴极射线管中电子荷质比的测量，汤姆逊 （J.J.Thomson）预言了电子的存在。
原子
电子
关于卢 斯福
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约翰· 约瑟夫· 汤姆逊（John Joseph Thomson） １８５６年１２月１８日生于英 国曼彻斯特郊区的契特海姆山。 １８７０ 年他进人曼彻斯特的欧文斯学院，并于１８ ７６年作为一个年纪较小的学生进人剑桥大 学三一学院。１８８０年他以数学学位考试 第二个及格者和史密斯奖金获得者的成绩成 为三一学院的研究员，此后一生都在这个学 院任职。１８８３年成为讲师，１９１８年 成为硕士。从１８８４年到１９１８年，他 继瑞利勋爵任剑桥大学和伦敦皇家学院的物 理学荣誉教授。 Ｊ．Ｊ．汤姆逊于１９４０年 ８月 ３０日逝世。
1890年，曼彻斯特大学物理学教授A.休斯脱（Schuster ，1851-1934）就曾研究过氢放电管中阴极射线的偏转， 并且算出构成阴极射线微粒的荷质比为氢离子荷质比的千 倍以上。但他不敢相信自己的测量结果，而觉得“阴极射 线质量只有氢原子质量的千分之一还不到”的结论是荒谬 的；相反他假定阴极射线粒子的大小与原子一样，而电荷 比氢离子大。 1897年德国W.考夫曼（Kaufman，1871-1947）做 了类似的实验，他测到的远比汤姆逊的要精确，与现代值 只差1%，他还观察到了e/m值随电子速度的改变而改变（ ，爱因斯坦1905年在相对论中预言），但是，他当时没有 勇气发表这些结果：他不承认阴极射线是粒子的假设。直 到1901年，他才把结果公布于世。
原子 电子 关于 卢斯 福
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第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识
电子的发现并不是偶然的，在此之前 已有丰富的积累。
1811年，阿伏伽德罗（A.Avogadno）定律 问世，提出1mol任何原子的数目都是 6.02*10^23个。 1833年，法拉第（M.Faraday）提出电解定 律，1mol任何原子的单价离子永远带有相同的 电量-即法拉第常数。
卢瑟福感到惊奇，“就像一枚15英寸的炮弹打在一张 纸上又被反射回来一样”。 1911年，卢瑟福提出了“核式结构模型”。
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第二节：卢斯福模型的提出
卢瑟福1871年8月30日生于新西 兰的纳尔逊，毕业于新西兰大学 和剑桥大学。 1898年到加拿大任马克歧尔大 学物理学教授，达9年之久，这期 间他在放射性方面的研究，贡献 极多。 1907年，任曼彻斯特大学 物理学教授。1908年因对放射化 学的研究荣获诺贝尔化学奖。 1919年任剑桥大学教授，并任卡 文迪许实验室主任。1931年英王 授予他勋爵的桂冠。1937年10月 19日逝世。
斯福
气体的体积与其中所含的粒子数目有关。阿伏 伽德罗定律告诉我们，温同压下，相同体积的不 同气体含有相等数目的分子。
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第一章：原子的位形：卢斯福模型 第一节：背景知识
当原子学说逐渐被人们接受以后， 人们又面临着新的问题： 原子有多大？
原子的内部有什么？
原子是最小的粒子吗？....
分解一摩尔原子的物质所需电量 ＝ 一个离子所带的电量 nF F ＝ ne e
精密测定e，则可求出N0：
N 0 6.022169 10 (摩尔）
23
－1
例：对氢原子，其质量：
MH
AH N0
1.67367 10
27
kg
对于其它原子，最大的是这个数的二百几十倍
(2) 分子运动论法： N0=
频率就相当于这些振动的频率。
2. 土星模型 1904年，日本长冈半太郎（Hantaro Nagaoka）提出。 观点：正电荷集中于中心，电子均匀地分布在绕正电球 旋转的圆环上。 3. 卢瑟福模型（ Rutherford’s model of atom ）
1909年，卢瑟福的学生盖革（H.Geiger）和马斯顿（E. Marsden）在用粒子轰击原子的实验中，发现粒子在轰 击原子时，大约有1/8000的几率被反射回来。
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Thomson模型 α散射实验 Thomson模 型的失败
Rutherford模 型的提出
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第一章：原子的位形：卢斯福模型
12( g ) 1 1( g ) 1u 1.660 10-27 kg 931.5MeV/c 2 N 12 N A A
元素 X 的原子质量为
A是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。
A( g ) M (X) Au NA
例：A(H)=1.0079, A(C)=12.011, A(0)=15.999. 2．绝对质量（ The absolute atomic masses ） 按阿氏定律，1mol 原子的任何物质中，都含有N0个原子。 若原子量为A，N0个原子的质量为A克，则每个原子的绝对 质量为：
3
原子
电子
关于卢 斯福
那么A克原子的总体积为 A / (cm3 ) ，一个 4 3 4 原子占的有体积为 r ，即 r 3 * N A A / 3 3 所以原子的半径 r 3 3 A / 4N A，依此可以算 出不同原子的半径，如下表所示：
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第一章：原子的位形：卢斯福模型
电子电荷的精确测定是在1910年由R.A.密立根 （Millikan）作出的，即著名的“油滴实验”。
e=1.60217733×10-19C， m=9.1093897×10-31kg。
MA A N0
• A：以克为单位时, 一摩尔原子的质量. 。 1 3 A 3 N0: 阿 伏 加 德 罗 常 r( ) 数。(6.0221023/mol) 4N 0
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原子
电子
关于卢 斯福
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第一章：原子的位形：卢斯福模型
第二节：卢斯福模型的提出 为了检验汤姆逊模型是否正确,卢瑟福于 1911年设计了α 粒子散射实验,实验中观察到 大多数粒子穿过金箔后发生约一度的偏转.但 有少数α 粒子偏转角度很大,超过90度以上, 甚至达到180度. 对于α 粒子发生大角度散射的事实,无 法用汤姆逊(Thomoson)模型加以解释.除非 原子中正电荷集中在很小的体积内时，排 斥力才会大到使α 粒子发生大角度散射,在 此基础上,卢瑟福(Rutherford)提出了原子 的核式模型.
其中，N为单位体积中的分子数，r 为分子的半径。 若 和N由实验测定，r 可由上式算出。 3. 由范德瓦尔斯方程 1mol实际气体，满足方程：
理论上，b等于分子所占体积的4倍，实验测出b, 即可得到 分子的半径。 结论：不同原子半径不同，但数量级都相同，均为10－10米。
a （P 2 ） b) RT (V V
1897年，汤 姆逊通过阴极射线管 的实验发现了电子， 并进一步测出了电子 的荷质比:e/m 汤姆逊被誉为:“一位 最先打开通向基本粒 子物理学大门的伟人.”
图１汤姆逊正在进 行实验
图2 阴极射线实验装置示意图
加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。 再加磁场H后，射线不偏转， qB qE E / B 。 去掉电场E后，射线成一圆形轨迹， qB m 2 / r q / m E / rB 2 求出荷质比。 微粒的荷质比为氢离子荷质比的千倍以上阴极 射线质量只有氢原子质量的千分之一还不到 电子
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第二节：卢斯福模型的提出 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 看来较为合理的模型.
Thomson模型 α散射实验 Thomson模 型的失败
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".
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原子
电子
关于卢 斯福
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识 在此基础上，1893年道尔顿提出了他的原 子学说，他认为:
原子
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，质量也不相同； 3.两种可以化合的元素，它们的原子可能按
第一节：背景知识 不同原子的半径 元素 Li 原子量 7 质量密度 0.7 原子半径 0.16
原子
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27
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2.7
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2. 气体分子运动论法：
1 分子的平均自由程： ＝ 4 2 Nr 2
R ，PV=RT， 式中的K可根据分布规律确定。 k
另外，还有其它方法，如：晶体的X射线衍射方法， 放射衰变变法等。
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识 假设某固体元素的原子是球状的，半径为r 米，原子之间是紧密地堆积在一起的。若该 元素的原子量为A，那么1mol该原子的质量 为A，若这种原子的质量密度为 ( g / cm ),
Atomic Physics 原子物理学
第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节 背景知识
第二节 卢斯福模型的提出 第三节 卢斯福散射公式 第四节 卢斯福公式的实验验证 第五节 行星模型的意义及困难
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第一章：原子的位形：卢斯福模型
第一节：背景知识 “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。 在十九世纪，人们在大量的实验中认识了 一些定律，如： 定比定律： 元素按一定的物质比相互化合。 倍比定律： 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。
1897年，汤姆逊（J.J.Thomson）发现电子： 通过阴极射线管中电子荷质比的测量，汤姆逊 （J.J.Thomson）预言了电子的存在。
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约翰· 约瑟夫· 汤姆逊（John Joseph Thomson） １８５６年１２月１８日生于英 国曼彻斯特郊区的契特海姆山。 １８７０ 年他进人曼彻斯特的欧文斯学院，并于１８ ７６年作为一个年纪较小的学生进人剑桥大 学三一学院。１８８０年他以数学学位考试 第二个及格者和史密斯奖金获得者的成绩成 为三一学院的研究员，此后一生都在这个学 院任职。１８８３年成为讲师，１９１８年 成为硕士。从１８８４年到１９１８年，他 继瑞利勋爵任剑桥大学和伦敦皇家学院的物 理学荣誉教授。 Ｊ．Ｊ．汤姆逊于１９４０年 ８月 ３０日逝世。
1890年，曼彻斯特大学物理学教授A.休斯脱（Schuster ，1851-1934）就曾研究过氢放电管中阴极射线的偏转， 并且算出构成阴极射线微粒的荷质比为氢离子荷质比的千 倍以上。但他不敢相信自己的测量结果，而觉得“阴极射 线质量只有氢原子质量的千分之一还不到”的结论是荒谬 的；相反他假定阴极射线粒子的大小与原子一样，而电荷 比氢离子大。 1897年德国W.考夫曼（Kaufman，1871-1947）做 了类似的实验，他测到的远比汤姆逊的要精确，与现代值 只差1%，他还观察到了e/m值随电子速度的改变而改变（ ，爱因斯坦1905年在相对论中预言），但是，他当时没有 勇气发表这些结果：他不承认阴极射线是粒子的假设。直 到1901年，他才把结果公布于世。