文档介绍：-
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第一章原子的基本状况
教学内容
§ 原子的质量和大小
§ 原子的核式结构
§ 同位素
教学要求二、粒子散射实验
三、原子核式结构模型—卢瑟福模型
四、粒子散射理论
五、卢瑟福散射公式的实验验证
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六、原子核大小的推断
七、粒子散射实验的意义及卢瑟福模型的困难
一、汤姆逊原子模型
历史背景
§1903年英国科学家汤姆逊提出 "葡萄干蛋糕”式原子模型或称为"西瓜”模型.
§正电荷和质量均匀分布在原子大小的弹性实心球内
§电子就像西瓜里的瓜子那样嵌在实心球内
汤姆逊正在进行实验
原子发光：
是电子在其平衡位置做简谐振动的结果，原子所发出的光的频率就相当于这些振动的频率.
元素周期表：
假设电子分布在一个个圆环上，第一只环上只可放5个电子，第二只环上可放10个……
困难：
§预言的原子光谱与实验观测的数据完全不符
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§无法解释α粒子散射实验
二、α粒子散射实验
α粒子：
放射性元素发射出的高速带电粒子，速度约为光速的十分之一，带+2e的电荷，质量约为4MH.
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.
散射角q：
粒子受到散射时，其的出射方向与原入射方向之间的夹角.
△
1909年，在卢瑟福的指导下，盖革和马斯登第一次观测到α粒子束透过金属薄膜后在各方向上散射分布的情况.
实验装置和模拟实验
R:放射源 F:散射箔
S:闪烁屏 B:圆形金属匣
A:代刻度圆盘 C:光滑套轴
T:抽空B的管 M:显微镜
R为被一铅块包围的α粒子源，发射的α粒子经过一细的通道后，形成一束射线，打在铂的薄膜F上，有一放大镜M，带着一片荧光屏S，，*一时间内在*一方向散射的α粒子粒子数.
：
§绝大部分α粒子进入金箔后直穿而过(θ=0)或基本直穿而过(θ很小，约在2-3度之间)；
§有少数α粒子穿过金属箔时，运动轨迹发生了较大角度的偏转(q³ 45o ) ；
§个别的α粒子，其散射角 >90o，有的竟沿原路完全反弹回来,θ»180o.
2．汤姆逊模型的困难
近似1：α粒子散射受电子的影响忽略不计
近似2 只受库仑力的作用.
当r>R时，α粒子受的库仑斥力为：
当r<R时，α粒子受的库仑斥力为：
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当r=R时，α粒子受的库仑斥力最大：
α粒子受原子作用后动量发生变化：
最大散射角：
大角散射不可能在汤姆逊模型中发生!
例
困难：作用力F太小，不能发生大角散射.
解决方法：减少带正电部分的半径R，使作用力增大.
1911年，卢瑟福提出了著名的原子有核模型的假设：
原子像一个小太阳系，每个原子都有一个极小的核，核的直径在10-15~10-14米左右，这个核几乎集中了原子的全部质量，并带有Z单位个正电荷，原子核外有Z个电子绕核旋转.
三、原子核式结构模型—卢瑟福模型
原子序数为Z的原子的中心,有一个带正电荷的核(原子核),它所带的正电量Ze ,它的体积极小但质量很大,几乎等于整个原子的质量,正常情况下核外有Z个电子围绕它运动.
用卢瑟福自己的话说:"这是我一生中从未有过的最难以置信的事件，它的难以置信好比你对一*白纸射出一发15英寸的炮弹，结果却被顶了回来打在自己身上，而当我做出计算时看到，除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统，是无法得到这种数量级的任何结果的，这就是我后来提出的原子具有体积很小而质量很大的核心的想法.”
定性地解释：
§由于原子核很小，绝大部分粒子并不能瞄准原子核入射，而只是从原子核周围穿过，所以原子核的作用力仍然不大，因此偏转也很小.
§少数粒子有可能从原子核附近通过，这时，受的作用力较大，就会有较大的偏转.
§而极少数正对原子核入射的粒子，由于距离很小，受的作用力很大，就有可能反弹回来.
四、α粒子散射理论
1．库仑