1、古代原子学说,不可无限分割，存在最小的结构单元 B. C. 4世纪 德谟克利特（Democritus ） 原子（Atom） 组成物质的最小单元 “其小无内，谓之小一” - 惠子,原子结构,可以无限分割，物质是连续的 一尺之棰，日取其半，万世不竭-公孙龙 物质是连续的，可以无限地分割-亚里士多德,1811年,Avogadro,化学原子学说,1803年,Dalton,化学反应中，原子不可分解，性质不变；,不同元素的原子不同，每种原子有确定原子量。,气体由分子组成，分子由原子组成。,1869年,Mendeleev,原子量大小 发现元素周期律，预言新元素,现代原子学说,同温同压的同体积气体含相同数目的
2、分子。,19世纪末,三大发现X射线、放射性和电子,原子是物质结构的一个层次，介于分子和原子核之间。 原子本身也是有结构的。,1911年,Rutherford,原子核式结构模型,1913年,Bohr,原子量子理论,解释氢光谱,1924-1927,量子力学诞生,成功解释原子现象,问题：,组分?,结构和相互作用?,内部运动?,卢瑟福核式模型,一、电子（electron）的发现,1894年，Stoney命名阴极射线粒子为电子,1897年，Thomson证实阴极射线由负电微粒组成,真空放电管中阴极射线在电场、磁场中的偏转,真空放电管中阴极射线在电场、磁场中的偏转测出了阴极射线的荷质比：e/me ；（e/
3、me）1000（eH/mH），阴极射线不是离子束，而是电子束。这种粒子是各种元素的原子都有的，共同的，是物质的一个组成部分,阴极射线实验装置示意图,阴极射线管,1909年，Millikan油滴实验精确测定,1899年，Thomson利用云雾室测量 和,Millikan油滴实验测出单个电子的电荷,J. J. Thomson (1856-1940),R. Millikan (1868-1953),原子中存在一定数量的电子，带负电。,原子电中性，必定带有相同电量的正电荷，承担了绝大部分质量。,正电部分和电子如何分布与相对运动？,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
4、个模型：原子中带正电荷均匀分布在整个原子空间,电子镶嵌在其中。,原子的模型 之 Thomson原子模型,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。可以发射电磁辐射，而且各层电子绕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。,Thomson模型的失败：与粒子散射实验结果不符合。,“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样”,E. Rutherford (1871-1937),1909年，Geiger和Marsden发现粒子 经原子散射后散射角大于 的概率约为1/800
5、0，甚至达到180,粒子散射实验,Thomson模型大于90度角散射概率估算,电子的质量很小，对粒子（2e)运动的影响可以忽略；只考虑原子中均匀分布的正电荷对粒子的影响,对Au，Z=78，取E=5MeV,T模型,R模型,易穿过原子，只能发生小角度散射。,距核愈近力愈大，可能被大角度散射。,Thomson原子模型 Rutherford核式模型,库仑散射公式,具有确定能量的一粒子均匀入射，研究散射粒子的角分布,2、卢瑟福散射公式,大角度散射：只要考虑粒子与原子核的相互作用,有心力作用， 粒子对原点（原子核）的角动量守恒,在y方向动量的改变,两式相乘,库仑散射公式,瞄准距离在b和b-db间的入射粒子
6、束，都被散射到与+d间的立体角内（空心圆锥立体角）,Rutherford散射公式（大量粒子对大量靶原子的散射）,Rutherford公式,瞄向d的粒子都被散射到d立体角内，而d是一个原子核周围的圆环的面积，瞄向d的粒子越多，被散射到d立体角内的粒子越多，在入射的粒子密度不变的情况下，d越大，被散射到d立体角内的粒子越多，即每一个粒子被散射到d立体角内几率越大。,d被称为有效散射截面，或微分截面。,靶：很薄的金属箔，核不相互遮掩，都起散射作用。入射粒子最多被散射一次。,铂金箔，面积为A，厚度为t，单位体积所含原子数为N,箔上总原子数为:,n个粒子射到箔上，dn个入射到d中，散射到方向的几率为:,
7、被散射到d立体角内的粒子数为:,实验中，探测器对散射粒子所张的立体角是常数,3、散射公式讨论：,由实验条件给定的参数(n,E,N,t,Z)，就可以给出理论预期的值,4、盖革马斯登实验（1913年）,验证：,靶不变，粒子能量不变,改变靶厚,改变粒子能量,改变靶材,1920年,Chadwick改进仪器，测靶材原子序数,实验确认“核式模型”的正确性,粒子散射实验否定了汤姆逊的原子模型，根据实验结果，卢瑟福于1911年提出了原子的核式模型。,原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部的正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围。,卢瑟福核式模型,关于小角散射的问题,原因： 小角散射对应于较大的瞄准距离b；此时入射的粒子距核较远，在粒子与核之间有电子，而电子所带的电荷对核的电场有屏蔽作用，即粒子所感受到的有效电场要小。Rutherford散射公式中的核电荷数Z应当以有效核电荷数代替。靶原子之间不再互不遮蔽，小角度散射必定是多次散射的结果。,忽略电子屏蔽作用，对小角度散射不适用,假定原子核不动，如考虑原子核的反冲质心系坐标,卢瑟福公式,5原子核大小的估计,卢瑟福公式成立条件,卢瑟福公式成立前提下， 愈大，估计愈准确。,rm：粒子可以到达的与核的最小距离,由能量守恒及角动量守恒,Rutherford公式,提供了一种分析物质结构的方法提供了一种材料分析的手段,
