原子认识的发展和结构模型.ppt

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1、第一章 原子认识的发展和结构模型授课教师：史建君 电话电话:86843241;13082807788章节内容章节内容l第一节第一节对原子认识的发展对原子认识的发展l第二节第二节原子结构模型原子结构模型l第三节第三节原原子的基本参数子的基本参数l附录附录1卢瑟福散射方法应用实例卢瑟福散射方法应用实例第一节第一节 对原子认识的发展对原子认识的发展是什麽把它们是什麽把它们组合在一起？组合在一起？历史回顾历史回顾物质世界是由物质世界是由什麽组成的？什麽组成的？金、木、水、火金、木、水、火 、土、土 ？阴、阴、阳阳？ 公元前公元前384322年年古希腊古希腊哲学家亚里士多德和泰勒斯哲学家亚里士多德和泰勒

2、斯等提出等提出“四元素说四元素说”万物源于水万物源于水自然现象归于自然物质自然现象归于自然物质水、水、空气空气、土、土、火、火公元前公元前500400年年古希腊人留古希腊人留基伯及其学生基伯及其学生德谟克利特德谟克利特等古希腊等古希腊哲学家首先提出哲学家首先提出“原子说原子说”万物是由大量的不万物是由大量的不可分割的微粒构可分割的微粒构成的，即成的，即原子原子德谟克利特德谟克利特“原子原子”在沉睡了在沉睡了 2000 2000 多年后多年后科学概念球科学概念球 1803 1803 道尔顿道尔顿1803道耳顿原子道耳顿原子科学概念球科学概念球 提出近代原子学提出近代原子学说，他认为说，他认为原子

3、原子是微小的不可分是微小的不可分割的实心球体割的实心球体英国化学及物理学家英国化学及物理学家电电子的子的发发現現(实例实例)1897U.K. Thomson 湯姆逊 （1856-1940）实景照片实景照片P6陰極射線是帶負電的粒子陰極射線是帶負電的粒子阴极阴极射射线线偏向正偏向正电极电极陰極射線是帶負電的粒子陰極射線是帶負電的粒子阴极阴极射射线线受磁受磁场场影影响响而偏向而偏向ThomsonThomson：1.1.確認陰極射線為帶負電的電子流，確認陰極射線為帶負電的電子流， 稱稱这种这种粒子為粒子為電子。電子。2.2.測量電子的測量電子的e/me/m值值( (e/me/m=1.76*10=1.

4、76*101111庫侖庫侖/ /公斤公斤) ) 实验上认定实验上认定 : : 阴极射线是负电荷粒子阴极射线是负电荷粒子, ,荷质比是氢原子离子的荷质比是氢原子离子的10001000多倍多倍若电荷都为若电荷都为1 1个单位个单位, ,则该粒子质量为氢原子则该粒子质量为氢原子的的1/18001/1800, ,比比氢原子小很多氢原子小很多.命名为命名为电子电子（现在精确值（现在精确值1/18401/1840）？电子是人类发现的第一个电子是人类发现的第一个比原子还小的比原子还小的粒子，从原子中出来粒子，从原子中出来,原子在强电场下可被原子在强电场下可被打破打破.突破了原子是组成物质最小突破了原子是组成

5、物质最小“砖块砖块”的认识，的认识，促使人们向原子内部探索，掀起了促使人们向原子内部探索，掀起了“分裂原子分裂原子”的热潮。的热潮。汤姆逊汤姆逊1887考夫曼，考夫曼，1890舒斯特都曾得到过类似实验舒斯特都曾得到过类似实验结果结果,但由于不相信阴极射线会是由粒子组成的但由于不相信阴极射线会是由粒子组成的,特别比原子还小很多特别比原子还小很多,不可思议不可思议,没有勇气发表没有勇气发表得到的结果。得到的结果。其他科学家的发现“当真理碰到鼻尖上的时候还没有得到真理的当真理碰到鼻尖上的时候还没有得到真理的人人”恩格斯恩格斯道耳顿原子道耳顿原子科学概念球科学概念球电子的发现打破了电子的发现打破了湯姆

6、逊原子模型正電荷電子湯姆逊均勻分布在球體內鑲嵌在球體內原子的質量集中在帶正電荷的部分原子的質量集中在帶正電荷的部分原子的質量集中在帶正電荷的部分原子的質量集中在帶正電荷的部分汤姆逊汤姆逊英国物理学家英国物理学家 (1856-1940)原子电中性原子电中性原子原子=正电物质正电物质+电子电子汤姆逊汤姆逊“原子模型原子模型”把当时的实验结果和理论把当时的实验结果和理论都综合进去了，都综合进去了，被公认为第一个比较完整的、被公认为第一个比较完整的、科学的原子模型，影响很大科学的原子模型，影响很大电子在平衡位置做电子在平衡位置做简谐振动，发射简谐振动，发射和吸收特定频率和吸收特定频率的电磁辐射的电磁辐

7、射可以解释元素周期表某些事实，元素化学性质，可以解释元素周期表某些事实，元素化学性质，元素光谱线的差异等元素光谱线的差异等1903年，林纳（年，林纳（Lenard)在研究阴极射线被物在研究阴极射线被物质吸收的实验里发现质吸收的实验里发现“原子是十分空虚的原子是十分空虚的”1904年，长冈半太郎在此基础上提出年，长冈半太郎在此基础上提出了了“土星模型土星模型”，但没有深入下去，但没有深入下去正电荷集中于中心，正电荷集中于中心，电子分布在绕正电球电子分布在绕正电球旋转的园环上旋转的园环上1909至至1911年，年，英国物理学家卢瑟福英国物理学家卢瑟福（18711937）和他的合作者们和他的合作者们

8、做了用做了用“粒子轰击金箔的实验粒子轰击金箔的实验”否定了否定了“汤姆逊模型汤姆逊模型”第二节第二节原子结构模型原子结构模型粒子撞粒子撞击击金箔的金箔的实验实验 放射源放射源探测器探测器背散射粒子背散射粒子金箔金箔P12盖革- -马斯顿散射实验装置 粒子撞击金箔的实验铅盒金箔 射线束荧光屏显显微微镜镜放射源放射源(镭镭)改进的装置改进的装置易穿过原子，只能发生小角度散射易穿过原子，只能发生小角度散射Rrr电子的质量很小，不到电子的质量很小，不到粒子的七千分之一，碰到它，就像飞行粒子的七千分之一，碰到它，就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样。的子弹碰到一粒尘埃一样。运动方向不会发生明显的改变运动方向不

9、会发生明显的改变粒子穿过原子时，它受到的原子内部两粒子穿过原子时，它受到的原子内部两侧正电荷的斥力相当大一部分互相抵侧正电荷的斥力相当大一部分互相抵消，使消，使粒于偏转的力不会很大粒于偏转的力不会很大每次碰撞偏转角小于10-3 rad，产生90o偏转的几率约为10-3500 放射源 (鐳)金箔小部分 粒子發生偏轉閃光大部分 粒子不發生偏轉極小部分 粒子發生角度很大的偏轉(180o)粒子大角度散射现象,令卢瑟福感到惊奇产生90O偏转的实验值为1/8000 需要有很强的作用力,除非原子的大部分质量和电荷集中到一个很小的核上,否则大角度散射是不可能的金原子核金原子核(集中原子的集中原子的正正电电荷和

10、荷和质质量量) 粒子金原子大部分大部分沒有偏沒有偏转转原子核很小大角度偏大角度偏转转迎迎头头撞撞击击金原子核金原子核微小偏微小偏转转正正电电荷的原子核荷的原子核对对粒子產生斥力粒子產生斥力粒子的粒子的偏转偏转R模型模型距核愈近力愈大，可能被大角度散射距核愈近力愈大，可能被大角度散射原子核原子核原子原子卢瑟福设想的原子卢瑟福设想的原子r 原子原子“行星行星”模型模型 19111911年年 原子中心有一个带正电荷的核，它原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一

11、样就象行星环绕太阳运转一样卢瑟福卢瑟福英籍新西兰人（英籍新西兰人（18711937）E.RutherfordE.Rutherford(1871-1937)(1871-1937)负电荷分布在原子核周围负电荷分布在原子核周围,如何分布如何分布?原子不稳定？原子不稳定？卢瑟福散射实验结果表明卢瑟福散射实验结果表明:原子内正电荷集中在中心原子内正电荷集中在中心,并载有原子绝并载有原子绝大部分质量大部分质量99.99%以上以上叫原子核叫原子核原子内部十分空旷原子内部十分空旷原子原子10-10米米原子核原子核10-15米米假假定定如果散射仅由静电如果散射仅由静电相互作用引起相互作用引起,则有则有:N=N0

12、nt(Ze2/40mv2)2/Sin4(/2)薄片厚度薄片厚度原子数原子数/cm3介电常数介电常数8.8510-12As/Vm散射粒子数反比于散射粒子数反比于Sin4(/2)公式推导：自学公式推导：自学P1421卢瑟福散射公式卢瑟福散射公式P14Rutherford原子模型：原子模型：类类似行星似行星绕绕太陽太陽轨轨道道半径半径 r 可以是任意值，能量可以是任意值，能量就就应为应为連連续续，但是原子光，但是原子光谱却谱却是一些是一些不不连续连续的亮的亮线线：缺陷缺陷1：无法解释原子光谱：无法解释原子光谱能量是不能量是不连续连续軌道半軌道半径径也是不也是不连续连续He的的光光谱线谱线电电子軌道的

13、崩潰子軌道的崩潰缺陷缺陷2：无法解释原子的稳定性：无法解释原子的稳定性园园周周运动为运动为加速加速运动运动帶帶电电粒子粒子作作加速度加速度运动会运动会放出能量放出能量电电子逐子逐渐渐失去能量，最失去能量，最后会掉进后会掉进原子核原子核内内正负电荷中和，原子全部崩溃正负电荷中和，原子全部崩溃卢瑟福模型卢瑟福模型原子光谱的经验规律普朗克的量子假说(1900年)爱因斯坦的光子假说(1905年)+1913年提出假说 原子能量不连续 当能级发生跃迁时，就发射出一定频率的光尼尼 玻尔（玻尔（1885-19621885-1962） 丹麦物理学家丹麦物理学家1.1.1.1.量子假说依据之一量子假说依据之一量子

14、假说依据之一量子假说依据之一: : : :黑体辐射黑体辐射黑体辐射黑体辐射 黑体辐射黑体辐射 “ “紫外灾难紫外灾难” 热辐射量子热辐射量子 普朗克（普朗克（1858-1947）德国物理学家）德国物理学家(1918诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖)P32什么叫黑体辐射什么叫黑体辐射?物体对什么光都吸收而无反射物体对什么光都吸收而无反射所有物体都发射热辐射所有物体都发射热辐射用不透明材料制成一空用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔，心容器，壁上开一小孔，这个这个小孔小孔可看成可看成绝对黑体绝对黑体绝对黑体的模拟绝对黑体的模拟紅外線夜視鏡实验表明：实验表明：一切物体是以电一切物体是以电磁波的形式向外辐

15、射能量磁波的形式向外辐射能量辐射的能量与温度有辐射的能量与温度有关，称之为关，称之为热辐射热辐射辐射和吸收的能量恰相等时称辐射和吸收的能量恰相等时称为为热平衡热平衡。此时温度恒定不变。此时温度恒定不变热电偶热电偶E(T,) )光栅光谱仪T黑体研究黑体辐射的实验装置示意图研究黑体辐射的实验装置示意图维恩位移定律维恩位移定律实验发现：实验发现：当绝对黑体的当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度温度升高时，单色辐出度最大值对应的最大值对应的 m向短波方向短波方向移动向移动瑞利和琼斯瑞利和琼斯用能量均分定理和用能量均分定理和电磁理论得出能量密电磁理论得出能量密度：度：*维恩根据经典热力学得出：维恩根据经典

16、热力学得出：实验实验瑞利瑞利-琼斯琼斯维恩理论值维恩理论值T=1646k1893年年,维恩得到维恩得到E 的的关系式，关系式，系统偏离系统偏离单位时间单位单位时间单位面积黑体辐射面积黑体辐射的能量的能量对波长极短的紫外对波长极短的紫外部分辐射能量密度部分辐射能量密度 E E 完全违背实验事实完全违背实验事实经典物理不可避免经典物理不可避免 “紫外灾难紫外灾难” “紫外灾难紫外灾难”19001905瑞利和金斯瑞利和金斯导出导出E 公式公式 即物体发射或吸收电磁辐射只能以即物体发射或吸收电磁辐射只能以“量子量子”方式进行，每个方式进行，每个能量子能量子的能量为的能量为: : = h 其中其中 h

17、=6.62610-34Js 称为普朗克常数。称为普朗克常数。对于频率为对于频率为 的电磁辐射，物体只的电磁辐射，物体只能以能以 h 为单位为单位发射或吸收它。发射或吸收它。普朗克假设（普朗克假设（1900年）年） 能量不连续的概念与经典能量不连续的概念与经典 物理学是物理学是完全不相容的！完全不相容的！ 普朗克导出了与实验结果极为符合的普朗克公式普朗克导出了与实验结果极为符合的普朗克公式1900.12.14.-量子论诞生日量子论诞生日普朗克公式普朗克公式利用内插法将适用于短波的维恩利用内插法将适用于短波的维恩公式和瑞利公式和瑞利-金斯公式衔接起来金斯公式衔接起来1893年年,维恩得到维恩得到E

18、 的的关系式，关系式，系统偏离系统偏离19001905瑞利和金斯瑞利和金斯导出导出E 公式公式单位时间单位单位时间单位面积黑体辐射面积黑体辐射的能量的能量对波长极短的紫外对波长极短的紫外部分辐射能量密度部分辐射能量密度 E E 完全违背实验事实完全违背实验事实经典物理不可避免经典物理不可避免 “紫外灾难紫外灾难” 普朗克从理论上寻找对公式的解释，发现只要假定辐射普朗克从理论上寻找对公式的解释，发现只要假定辐射能能不是连续变化不是连续变化，而只取某个单元能量的，而只取某个单元能量的整数倍跳跃变化整数倍跳跃变化，就可做出合理解释。就可做出合理解释。1900/12/141900/12/14 普朗克将

19、能量不连续的假设普朗克将能量不连续的假设 报告了德国物理学会：报告了德国物理学会：热辐热辐射能量是一个基本单位量射能量是一个基本单位量 0 0= h= h 的整数倍的整数倍，h h 称做能量子称做能量子 即即 辐射能量取值辐射能量取值 n n 0 0 其中其中 n = 0,1,2,3,4,5,n = 0,1,2,3,4,5, 由此，得到的公式能够很好地与由此，得到的公式能够很好地与黑体热辐射黑体热辐射实验结果符合实验结果符合 并且并且 短波区短波区 维恩公式维恩公式 ； 长波区长波区 瑞利瑞利- -金斯公式金斯公式 普朗克用能量子假说导出的普朗克用能量子假说导出的黑体辐黑体辐射公式与实验结果精

20、确相符射公式与实验结果精确相符, ,成为成为量子论的重要依据之一量子论的重要依据之一. .两种观点的对比两种观点的对比经典物理: 自然界无跳跃,连续变化新观点:自然界有跳跃,不连续(量子化) 与传统认识相矛盾,令许多人难以接受， 普朗克本人也非常矛盾。 但是，量子论是物理概念的一次革命、一次创新，更多的实验事实被发现，发展趋势锐不可挡！ 普朗克试图普朗克试图3 3次修改量子论，甚至放弃自己次修改量子论，甚至放弃自己提出的能量量子概念，力图将其纳入经典物提出的能量量子概念，力图将其纳入经典物理范畴。理范畴。普朗克回忆这段经历说：普朗克回忆这段经历说： 花费了花费了1515年的时间，付出了巨大年的

21、时间，付出了巨大的精力，企图使基本作用量子与的精力，企图使基本作用量子与经典理论调和的努力纯属经典理论调和的努力纯属“徒劳徒劳无益无益”，“近乎一场悲剧近乎一场悲剧”。M.Planck(1858-M.Planck(1858-1947)1947)爱因斯坦（爱因斯坦（1878-1955）爱因斯坦第一个坚持能量量子论爱因斯坦第一个坚持能量量子论1905年提出年提出光量子光量子解释解释光电效应光电效应1907年年解释了热容量量子性质解释了热容量量子性质A.A.EinsteinEinsteinB.B.(1878-1955)(1878-1955)1905年年（26岁）连续发表五篇论文岁）连续发表五篇论文光

22、量子论光量子论分子尺度新测定分子尺度新测定论动体的电动力学论动体的电动力学等揭示了等揭示了“狭义相对论狭义相对论”基本原理基本原理2.2.2.2.量子假说依据之二量子假说依据之二量子假说依据之二量子假说依据之二: : : : 光电效应光电效应光电效应光电效应 VA光光RE-+电子电子eV0=(1/2)mv2P37实验结果实验结果10-9sti光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性(同时产生同时产生)经典物理认为吸收能量需要时间经典物理认为吸收能量需要时间光电流吸收能量需要的时间吸收能量需要的时间?例例:以光强为以光强为1W/m2的光的光照射到钠板上照射到钠板上,要使电子要使电子获得获得1eV的能

23、量的能量,需要需要1/3a.与经典物理矛盾与经典物理矛盾,是经是经典物理最难理解的典物理最难理解的.入射光的频率高入射光的频率高于阈频率，才能产生于阈频率，才能产生光电流，否则无论光光电流，否则无论光强强I再大，都无光电再大，都无光电流流(与与有关有关, ,与与I I无无关关) )。而经典认为而经典认为:有有无无光电效应与频率无光电效应与频率无关。关。Cs K Cu0V0遏制电压V0依赖于光的频率而与光强依赖于光的频率而与光强I无关；无关；而经典而经典认为认为光强越大，光强越大，光电子的初动能也越大。光电子的初动能也越大。eV0=(1/2)mv2阈频率 爱因斯坦爱因斯坦19051905年提出了

24、年提出了光量子假设光量子假设（1 1）电磁辐射由光量子组成，每）电磁辐射由光量子组成，每一个一个光量子的能量光量子的能量 = h= h 其中其中h h 是普朗克常数是普朗克常数（2 2）光量子具有）光量子具有“整体性整体性”。 一个光子只能整个地被一个光子只能整个地被 电子吸收或放出。电子吸收或放出。光电效应的量子解释光电效应的量子解释 光照射到金属表面时，光子将全部能量光照射到金属表面时，光子将全部能量h h传传递给金属中的电子。电子克服核的束缚而成为自由递给金属中的电子。电子克服核的束缚而成为自由电子。电子。 光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，

25、与光的强度无关。与光的强度无关。逸出的电子的最大初动能为逸出的电子的最大初动能为(1/2)mv2=h-逸出功逸出功0能量Em阈频率频率h-动能动能动能动能=(1/2)mv2=h- 普朗克指责爱因斯坦光量子论普朗克指责爱因斯坦光量子论 “太极端了太极端了”爱因斯坦的爱因斯坦的光量子假设光量子假设成功地解成功地解释了光电效应，释了光电效应，1922年因年因光电光电效应效应获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖光源光源光源光源分光器（棱镜或光栅）分光器（棱镜或光栅）分光器（棱镜或光栅）分光器（棱镜或光栅）纪录仪纪录仪纪录仪纪录仪（感光（感光（感光（感光底片或底片或底片或底片或光电纪光电纪光电纪光电纪录器）录器

26、）录器）录器）光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪3.3.3.3.量子假说依据之三量子假说依据之三量子假说依据之三量子假说依据之三: : : : 原子线状光谱原子线状光谱原子线状光谱原子线状光谱 玻尔玻尔1913年年利用量子轨道的概念成功地解利用量子轨道的概念成功地解释了原子线状光谱，提出了现代原子模型。释了原子线状光谱，提出了现代原子模型。光谱光谱电磁辐射频率成分和强度分布的关系图电磁辐射频率成分和强度分布的关系图He光譜原子在不同定态之间跃迁，以电原子在不同定态之间跃迁，以电磁辐射形式吸收或发射能量。磁辐射形式吸收或发射能量。 h =En-Em频率规则频率规则EnEm吸收吸收发射发射h h E2E34

27、. 4. 德布洛依德布洛依 19241924年年 提出物质波概念提出物质波概念5. 5. 海森堡海森堡 19251925年创立矩阵力学（年创立矩阵力学（ 量子力学量子力学 ） 6. 6. 薛定谔薛定谔 19261926年创立波动量子力学年创立波动量子力学 量子论终于取得了胜利量子论终于取得了胜利! !卢瑟福模型卢瑟福模型原子光谱的经验规律普朗克的量子假说(1900年)爱因斯坦的光子假说(1905年)+1913年提出假说 原子能量不连续 当能级发生跃迁时，就发射出一定频率的光尼尼 玻尔（玻尔（1885-19621885-1962） 丹麦物理学家丹麦物理学家现代原子模型的建立现代原子模型的建立现代

28、原子模型的建立现代原子模型的建立 1913191319131913尼尼 玻尔（玻尔（1885-19621885-1962）丹麦物理学家）丹麦物理学家19121912年年6 6月月1212日一封信中写道：日一封信中写道：“ Perhaps I have found out a ittle about the structure of atoms”电子在原子核外空间的一定轨电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动道上绕核做高速的圆周运动（19221922年获诺贝尔物理学奖）年获诺贝尔物理学奖）年获诺贝尔物理学奖）年获诺贝尔物理学奖）P44原子结构原子结构原子壳层模型原子壳层模型1913年

29、年第一次提出角动量第一次提出角动量量子化量子化H原子中的电子处于原子中的电子处于分立（定态）能级分立（定态）能级上上这些电子是稳定，不辐射能量这些电子是稳定，不辐射能量解决了解决了原子不稳定原子不稳定和和光谱不连续光谱不连续的困惑的困惑电子云电子云电子出现几率的分布图电子出现几率的分布图電子只能存在某些特殊的軌道電子只能存在某些特殊的軌道上才是穩定的，在這些軌道上不上才是穩定的，在這些軌道上不會放射出電磁波，因此電子也不會放射出電磁波，因此電子也不會損失能量會損失能量在這個假設下，原子的激發在這個假設下，原子的激發光譜自然而然也是不連續的光譜自然而然也是不連續的核外电子分层排布核外电子分层排布

30、l电子按能量高低在核外分层排布。电子按能量高低在核外分层排布。1234567KLMNOPQ由内到外，能量逐渐升高排排 布布 规规 律律电子总是尽先排布在能电子总是尽先排布在能量最低的电子层里量最低的电子层里K L MN O P2 8 183250 2n21 2 3 4 5 6每个电子层最多只能排布每个电子层最多只能排布2n2个电子个电子K层为最外层时，最多只能层为最外层时，最多只能容纳容纳2个电子个电子次外层最多不超过次外层最多不超过18个电子个电子其它各层为最外层时，最多其它各层为最外层时，最多只能容纳只能容纳8个电子个电子惰性气体元素原子电子层排布惰性气体元素原子电子层排布核核电电荷荷数数

31、元元素素名名称称元元素素符符号号各各电子层的电子数电子层的电子数KLMNOP最外层最外层电电子数子数2氦氦He2210氖氖Ne28818氩氩Ar288836氪氪Kr28188854氙氙Xe2818188886氡氡Rn2818321888各层最多电子数各层最多电子数281832?原子结构示意图原子结构示意图1原子结构示意图原子结构示意图2 弗兰克赫兹实验弗兰克赫兹实验玻尔理论的验证玻尔理论的验证19141914年年年年FranckFranck和和和和HertzHertz实验发现原子经电子碰撞后吸收实验发现原子经电子碰撞后吸收实验发现原子经电子碰撞后吸收实验发现原子经电子碰撞后吸收能量的分立性能量

32、的分立性能量的分立性能量的分立性KK：热阴极，发射电子：热阴极，发射电子：热阴极，发射电子：热阴极，发射电子KGKG区：电子加速，与区：电子加速，与区：电子加速，与区：电子加速，与HgHg原原原原子碰撞子碰撞子碰撞子碰撞GAGA区：电子减速，能量大区：电子减速，能量大区：电子减速，能量大区：电子减速，能量大于于于于0.50.5eVeV的电子可克服反向的电子可克服反向的电子可克服反向的电子可克服反向偏压，产生电流偏压，产生电流偏压，产生电流偏压，产生电流P56非弹性碰撞，电子损失能非弹性碰撞，电子损失能非弹性碰撞，电子损失能非弹性碰撞，电子损失能量，激发量，激发量，激发量，激发HgHg原子原子原

33、子原子弹性碰撞，电子几乎不损弹性碰撞，电子几乎不损弹性碰撞，电子几乎不损弹性碰撞，电子几乎不损失能量失能量失能量失能量电子经过电子经过电子经过电子经过次加速和非弹性碰撞，次加速和非弹性碰撞，次加速和非弹性碰撞，次加速和非弹性碰撞，能量全部损失，电流最小。能量全部损失，电流最小。能量全部损失，电流最小。能量全部损失，电流最小。KK：旁热式热阴极，均匀发：旁热式热阴极，均匀发：旁热式热阴极，均匀发：旁热式热阴极，均匀发射电子，提高能量测量精度射电子，提高能量测量精度射电子，提高能量测量精度射电子，提高能量测量精度KGKG1 1区：电子加速区：电子加速区：电子加速区：电子加速GG1 1GG2 2区：

34、电子与原子碰撞区：电子与原子碰撞区：电子与原子碰撞区：电子与原子碰撞GG2 2A A区：电子减速区：电子减速区：电子减速区：电子减速19201920年年年年HertzHertz测得测得测得测得4.94.9eVeV以上的高激发能以上的高激发能以上的高激发能以上的高激发能FranckFranck改进实验装置改进实验装置改进实验装置改进实验装置19241924年年年年缺陷：电子动能达到缺陷：电子动能达到缺陷：电子动能达到缺陷：电子动能达到4.94.9eVeV便经碰撞失去能量，无法达到便经碰撞失去能量，无法达到便经碰撞失去能量，无法达到便经碰撞失去能量，无法达到更高动能。更高动能。更高动能。更高动能。

35、课堂练习课堂练习11.下列原子结构示意图中下列原子结构示意图中,正确的是正确的是:2.某元素原子的原子核外有三个电子层某元素原子的原子核外有三个电子层,最外层有最外层有4个电子个电子,该原子该原子核内的质子数为核内的质子数为:A.14 B.15 C.16 D.173.下列叙述正确的是下列叙述正确的是:A.电子在原子核外作高速圆周运动电子在原子核外作高速圆周运动B.电子云示意图中的小黑点表示一个电子电子云示意图中的小黑点表示一个电子C. 次外层电子数一定是次外层电子数一定是2或或8D.最外层只有一个电子的原子不一定是碱金属元素的原子最外层只有一个电子的原子不一定是碱金属元素的原子A.B.C.D.

36、答案：答案：1.B 2.A 3.D课堂练习课堂练习2l1.根据下列叙述根据下列叙述,写出元素名称并画出原子结构示意图。写出元素名称并画出原子结构示意图。（1）A元素原子核外元素原子核外M层电子数是层电子数是L层电子数的层电子数的1/2；_（2）B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍；倍；_（3）C元素的次外层电子数是最外层电子数的元素的次外层电子数是最外层电子数的1/4；_2.X和和Y是原子序数小于是原子序数小于18的元素，的元素，X原子比原子比Y原子多原子多1个个电子层；电子层；X原子的最外层中只有原子的最外层中只有1个电子；个电子；Y原子的最

37、外原子的最外层电子层中有层电子层中有7个电子。这两种元素形成的化合物的化学个电子。这两种元素形成的化合物的化学式是式是_.答案：答案：1.(1) 硅硅 2 8 4 (2) 硼硼 2 3 (3) 氖氖 2 8 2. NaF第三节第三节 原子基本参数原子基本参数一、原子的质量一、原子的质量1611.质量单位质量单位原子质量单位原子质量单位u(unit),12C质量的质量的1/121u=1.660540210-27kg=931.49432Mev/c2MH=1.007825uMO=15.994915ump=1.007276u1eV:1个电子穿过个电子穿过1伏特电压差伏特电压差所获得的能量所获得的能量1

38、eV=1.6 10-19焦耳焦耳 1keV=103eV1MeV=106eV1 1GeVGeV=10=1099eVeV1TeV=1012eV1 1 1 1 GeVGeV 约相当于蚊子飞行约相当于蚊子飞行动能的动能的1/1000核科学使用的能量单位核科学使用的能量单位 电子伏特电子伏特( (eVeV) )1TeV2.原子质量的计算原子质量的计算m = M/NA原子质量摩尔质量阿伏伽德罗常数NA=6.0221023/mol例: 1mol 12C 的摩尔质量为12g， 故 12u=12/NA 1u=1/NA=1.660540210-27kg核素M（u）核素M（u）p1.00727612C12.0000

39、001H1.00782514C14.0032422H2.01410214N14.0030743H3.01604916O15.9949153He3.01603027Al26.9815424He4.00260356Fe55.9349406Li6.015123208Pb207.9766417Li7.016004235U235.0439259Be9.012183238U238.050786一些原子的质量一些原子的质量二、电子的电荷和质量二、电子的电荷和质量1923年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖R.R.MillikanMillikan (1868-(1868-1953)1953)电子电荷的精确测定由密立根电子

40、电荷的精确测定由密立根于于1910年完成年完成“油滴实验油滴实验” e=1.6021773310-19C密立根发现电荷是量子化的密立根发现电荷是量子化的为什么？为什么？至今仍然是一个迷至今仍然是一个迷实验测得实验测得e/me可以定出电子的质量为：可以定出电子的质量为：me=9.109389710-31kg=0.511MeV/c2J.J.ThomsonJ.J.Thomson(1856-1940)(1856-1940)1897年使用的放电管荷质比的测定荷质比的测定V计数12质谱仪质谱仪l动能动能=qVlMv2=qVlqvH=Mv2/Rlq/M=2Vc2/H2R2lH,R固定固定,改变改变V,调压法

41、调压法三、原子大小三、原子大小的估算的估算A克克AX原子有原子有NA个个V=(4/3)r3r m= A/NAr3=3A/(4NA) m= V= = (4/3)r3不同原子的半径不同原子的半径元素元素A密度密度半径半径/nmLi70.70.16Al272.70.16Cu638.90.14S322.070.18Pb20711.340.19附录附录1卢瑟福散射方法应用实例卢瑟福散射方法应用实例卢瑟福背散射分析卢瑟福背散射分析（RBS)1卢瑟福散射实验的思考卢瑟福散射实验的思考 1911 1911 由于观测到大角度散射的由于观测到大角度散射的 粒子发现了原子核，表明大角度散粒子发现了原子核，表明大角度

42、散射粒子载有原子核大小的信息。射粒子载有原子核大小的信息。散射粒子是否还载有其他信息呢？散射粒子是否还载有其他信息呢？背散射背散射 9090 前前向向散散射射基本思想：用基本思想：用“炮弹炮弹”轰击研轰击研究究“对象对象”,分析实验现象和分析实验现象和结果，推知弹与靶有关信息。结果，推知弹与靶有关信息。2卢瑟福散射理论指出卢瑟福散射理论指出018090 E%7Li12C27Al197Au散射能量损失散射能量损失 E=E0-Eb散射角散射角l在一定的实验条件下，散射在一定的实验条件下，散射 粒子能量粒子能量EblEb(Mi，Zi， )l 90 散射散射 粒子能量差别粒子能量差别大大l背散射背散射

43、 粒子能量和强度粒子能量和强度（数目）载有信息（数目）载有信息:l1）样品成分样品成分（Zi,Mi)l2）各元素的含量各元素的含量 3 3 卢瑟福背散射分析方法卢瑟福背散射分析方法基本实验方块图基本实验方块图靶样品入射信号放大分析和记录仪器Au-Si半导体半导体 谱仪谱仪加速器 =165。 。 。 。 。 。样品样品入射入射 Z1M1Z2M2Z3M3计计数数 能量能量Eb是什麽 ? 有多少 ? 在哪里 ?薄膜厚度 ? 成分 ? 组分 ? 分布 ?登陆舱装有 散射实验1967年年“阿波罗”宇宙飞船 “鹰”号登月舱正向月球表面缓缓降落 放射源放射源 粒子穿过表面粒子穿过表面 25.4 25.4 背

44、散射背散射 探测器探测器4背散射方法首次用于月球表面元素分析背散射方法首次用于月球表面元素分析 探测器探测器测量背散射测量背散射 粒子能量粒子能量 5 5 分析结果分析结果 月球土壤表面元素Ca Fe Ca Fe SiSi Al Mg Na Al Mg Na O CO C 等按此原理制成的按此原理制成的“卢瑟福谱仪卢瑟福谱仪”已已成为商品成为商品 6 6 结果证实结果证实 与阿姆斯特朗从月球取回的23kg样品的分析结果基本符合 由此促使离子束分析技术的迅速发展，应用十分广泛： 半导体材料，金属材料，薄膜材料以及材料改性等 新材料 新器件研制 阿姆斯特朗、科林斯、奥尔德林阿姆斯特朗登上月球196

45、9年年自主学习课题之一自主学习课题之一课题名称课题名称:光电效应应用实例光电效应应用实例课题成果形式课题成果形式:制成制成PPT课件课件,做讲座做讲座组织形式组织形式:1-4名同学组成名同学组成1组协作完成组协作完成流程流程:PPT完成后发至完成后发至;老师审核后安排讲座时间老师审核后安排讲座时间注注:课程会安排课程会安排3-4个自主学习课题个自主学习课题,同学可选择其一开展调研研究同学可选择其一开展调研研究.习题解答习题解答1)铯的逸出功为铯的逸出功为1.9eV,试求试求:(a)铯的光电效应阈频率及阈值波长铯的光电效应阈频率及阈值波长;(b)如果要得到能量为如果要得到能量为1.5eV的光电子的光电子,必须使用多少波长的光照射必须使用多少波长的光照射?解解(1/2)mv2=h-(a)(b)2)钾的逸出功为钾的逸出功为2eV，如果用波长为，如果用波长为360nm的光照射钾做成的阴极的光照射钾做成的阴极K，求光电效应的遏制电压和光电子的最大速率。，求光电效应的遏制电压和光电子的最大速率。解解3)用波长用波长=410nm的单色光照射某一金属，产生的光电子的最大动能的单色光照射某一金属，产生的光电子的最大动能为为E=1.0eV，试求该金属的光电效应阈频率。，试求该金属的光电效应阈频率。解解end