原子物理實(shí)驗(yàn)

1、簡(jiǎn)答之實(shí)驗(yàn)篇1.盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：大多數(shù)粒子散射角很小，少數(shù)粒子散射角大于90，極少數(shù)與粒子散射角等于180。二實(shí)驗(yàn)解釋：由于原子核很小，絕大部分粒子并不能瞄準(zhǔn)原子核入射，而只是從原子核周圍穿過，此時(shí)原子核和粒子間的作用力不大，因此偏轉(zhuǎn)也很?。灰灿猩贁?shù)粒子可能從原子核附近穿過，這時(shí)半徑較小，所受作用力較大，就會(huì)有較大的偏轉(zhuǎn)；而極少數(shù)正對(duì)原子核入射的粒子因?yàn)榘霃胶苄?，作用力很大，就有可能反彈回來。所以盧瑟福核式結(jié)構(gòu)能定性的解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)。三粒子散射理論的建立 1庫(kù)倫散射 前提（假設(shè)）：忽略電子的作用；粒子和原子核看成點(diǎn)電荷；原子核不動(dòng)；大角散射是一次散射的結(jié)果。 庫(kù)倫散射公式： 庫(kù)

2、侖散射公式反應(yīng)出b和q的對(duì)應(yīng)關(guān)系 。b小， q大； b大，q小。 2.盧瑟福散射公式 以b為外半徑，b-db為內(nèi)半徑的環(huán)面積內(nèi)的粒子，散射到角度在qdq間的一個(gè)空心圓錐體中。 環(huán)形面積： 空心錐體立體角： ds與dW的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 此公式物理意義：每個(gè)散射到qq+dq之間的空心立體角dW內(nèi)的a粒子，必定打在bb-db之間的ds這個(gè)環(huán)形帶上 。 ds是膜中每個(gè)原子的有效散射截面，又稱微分截面。 設(shè)有一薄膜，面積為A，厚度為，單位體積內(nèi)的原子數(shù)為N，則薄膜中的總原子數(shù)是： 。近似：設(shè)薄膜很薄，薄膜內(nèi)的原子核對(duì)射來的粒子前后不互相覆蓋。 則N個(gè)原子把a(bǔ)粒子散射到dW中的總有效散射截面為： nA dnd

3、 ds物理意義：代表散射到q與q+dq之間的幾率的大小，故微分截面也成幾率。 將代入得盧瑟福散射變形公式： =常數(shù) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：使即可 由公式預(yù)言下列四種關(guān)系：1.在同一a粒子源和同一散射物的情況下 2.用同一a粒子源和同一種材料的散射物，在同一散射角， 3.用同一個(gè)散射物，在同一個(gè)散射角， 4.用同一個(gè)a粒子源，在同一個(gè)散射角，對(duì)同一Nt值，2.弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明原子內(nèi)部能級(jí)的存在，即能量是量子化的。二、實(shí)驗(yàn)原理：電子與原子發(fā)生非彈性碰撞，電子失去一部分或全部動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為原子內(nèi)部能量，使原子激發(fā)或電離。三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析 當(dāng)KG間電壓低于4.9V時(shí)，不會(huì)影響汞原子內(nèi)部能量；當(dāng)K

4、G間電壓達(dá)到4.9V時(shí)，碰撞后能量全部給了原子，不能克服反電勢(shì)達(dá)到A，故A極電流下降；當(dāng)KG間電壓超過4.9V較多時(shí)，除原子碰撞傳遞能量外，還有足夠能量達(dá)到A極，故A極電流上升；當(dāng)KG間電壓為4.9V整數(shù)倍時(shí)，可能發(fā)生多次碰撞而失去能量，故A極電流下降。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電流突然下降時(shí)的電壓相差都是4.9V，即，KG間的電壓為4.9V的整數(shù)倍時(shí)，電流突然下降。 五、結(jié)果分析和結(jié)論：Hg原子只吸收4.9eV的能量，4. 9eV為汞原子的第一激發(fā)電位。清楚的證實(shí)了原子中量子態(tài)的存在，原子的能量不是連續(xù)變化的，而是由一些分立的能級(jí)組成。 3.史特恩-蓋拉茲實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明磁矩是量子化的，也就是

5、證明了原子在磁場(chǎng)中的取向是量子化的。 二、實(shí)驗(yàn)原理（為什么原子會(huì)偏轉(zhuǎn)）：一個(gè)非均勻磁場(chǎng)對(duì)具有磁矩的磁體產(chǎn)生一個(gè)力，其大小為： 其中為方向分量， 為沿q方向的梯度，為磁矩與的夾角。若 0（即磁場(chǎng)強(qiáng)度B沿Z方向增加），則90，力f與B同向；否則90，f與B反向。 原子受不均勻磁場(chǎng)的作用達(dá)到相片時(shí)的橫向移動(dòng)S為： 上式中除了以外都是常量，所以有幾個(gè)值，銀原子在磁場(chǎng)中就有幾個(gè)取向。 又因?yàn)榛鶓B(tài)銀原子束以相同的速度方向通過與速度方向垂直的不均勻磁場(chǎng)，不同的原子受力不同。由底片上銀原子的分布情況可以判斷的分布情況，從而判斷銀原子在磁場(chǎng)中的取向。三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銀原子束經(jīng)過與運(yùn)動(dòng)方向垂直的非均勻磁場(chǎng)以后會(huì)偏轉(zhuǎn)分成兩束，即在P上看到兩條黑斑。 四、現(xiàn)象解釋 由可得 根據(jù)可知S的取值只與mj有關(guān)。由于理論上mj=j,j-1, ,-j 共2j+1個(gè)值，故相應(yīng)的就有2j+1個(gè)分立的z值。即在相片上有2j+1個(gè)黑條，這代表了角動(dòng)量的2j+1個(gè)空間取向?；鶓B(tài)的銀原子l0