原子物理學(xué)第三講

1、9/23/2022原子物理學(xué)第三講9/23/20223 盧瑟福散射公式庫侖散射公式式中a為庫侖散射因子，b為瞄準(zhǔn)距離，為散射角和b具有一一對應(yīng)關(guān)系：b大，??；b小，大。9/23/20223 盧瑟福散射公式對于一種特殊情況：靶上只有一個原子9/23/2022b+dbbb3 盧瑟福散射公式A9/23/20223 盧瑟福散射公式意義：一個物體對特定點的三維空間的角度 。圓環(huán)所張立體角為：9/23/20223 盧瑟福散射公式At對于一般情況：假定金箔中各原子核前后互不遮蔽9/23/20223 盧瑟福散射公式定義微分截面 ： 這就是著名的盧瑟福散射公式。微分截面可表示為9/23/20221、只發(fā)生單次碰

2、撞 2、只有庫侖相互作用3、核外電子的作用可以忽略4、靶核靜止3 盧瑟福散射公式靶足夠薄推導(dǎo)庫侖散射公式的基本假設(shè)入射粒子打不到原子核碰撞參數(shù)合適靶核的質(zhì)量遠(yuǎn)大于入射粒子9/23/20223 盧瑟福散射公式當(dāng)靶的厚度為微米量級時，原子核可認(rèn)為互不遮蔽。9/23/20223 盧瑟福散射公式當(dāng)靶核質(zhì)量與入射粒子的質(zhì)量相差不多時：實驗室系轉(zhuǎn)化到質(zhì)心系：9/23/20223 盧瑟福散射公式三、原子核大小的估計在推導(dǎo)庫侖散射公式時，我們將原子核看成一個點來考慮。而事實上每個原子核都是有大小的，那么入射粒子能與原子核接近到什么程度？下面我們來計算一下這個最近距離rm，原子核的大小一定小于該rm ， rm至

3、少可以作為原子核線度的一個上限。 兩個概念 b：入射粒子與固定散射體無相互作用時的最小直線作用距離； rm：兩粒子有相互作用時能夠靠近的最小距離。9/23/20223 盧瑟福散射公式可見，當(dāng)=180時， rm達(dá)到最小值rm =a，這就是兩體在斥力場中對心碰撞時能靠近的最小距離；換句話說，散射體的原子核線度的上限就是a ；顯然，當(dāng)入射粒子的能量增大時，對原子核的估計就越接近事實。 9/23/20224 盧瑟福公式的實驗驗證1、同一粒子源和同一散射體Geiger-Marsden 1913一、盧瑟福公式的實驗驗證 9/23/20224 盧瑟福公式的實驗驗證2、同一粒子源和同一材料的散射體，在同一散射

4、角Geiger-Marsden 19139/23/20224 盧瑟福公式的實驗驗證3、同一散射體，同一散射角Geiger-Marsden 19139/23/20224 盧瑟福公式的實驗驗證4、同一粒子源和同一散射角，對同一nt值Chadwick 19209/23/20224 盧瑟福公式的實驗驗證二、盧瑟福公式的適用范圍 盧瑟福公式的適用范圍：9/23/20224 盧瑟福公式的實驗驗證小角度盧瑟福散射與公式不符合的原因： 1.核外電子的影響2.一次散射假設(shè)的失效3.原子之間的互相遮蔽4180度盧瑟福散射與公式不符合的原因?9/23/20225 行星模型的意義及困難一、原子體系和太陽系的比較 庫侖

5、力萬有引力相似點不同點原子體系1、都受1/r2力的支配；2、體系總質(zhì)量的99.9%都集中在中心庫侖力太陽系萬有引力9/23/20225 行星模型的意義及困難1、最重要意義是提出了原子的核式結(jié)構(gòu)，即提出了以核為中心的概念。 2、粒子散射實驗為人類開辟了一條研究微觀粒子結(jié)構(gòu)的新途徑。3、粒子散射實驗還為材料分析提供了一種手段。二、意義9/23/20225 行星模型的意義及困難三、困難1.原子的穩(wěn)定性 經(jīng)典物理學(xué)告訴我們，任何帶電粒子在作加速運動的過程中都要以發(fā)射電磁波的方式放出能量，那電子在繞核作加速運動的過程就會不斷地向外發(fā)射電磁波而不斷失去能量，以致軌道半徑越來越小，最后湮沒在原子核中，并導(dǎo)致

6、原子坍縮。然而實驗表明原子是相當(dāng)穩(wěn)定的.9/23/20225 行星模型的意義及困難2.原子的同一性 任何元素的原子都是確定的，某一元素的所有原子之間是無差別的，這種原子的同一性是經(jīng)典的行星模型無法理解的。 3.原子的再生性 一個原子在同外來粒子相互作用以后，這個原子可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)，就象未曾發(fā)生過任何事情一樣。原子的這種再生性，是盧瑟福模型所無法說明的. 9/23/2022第一章例題9/23/2022盧瑟福簡介9/23/2022The Nobel Prize in Chemistry 1908 was awarded to Ernest Rutherford for his investigations into the disintegration of the elements, and the chemistry of