卢瑟福散射
- 关于原子结构的证据是欧内斯特·卢瑟福在20世纪初从对原子的研究中发现的α粒子散射
- 实验装置包括向薄金箔发射阿尔法粒子和在另一侧的探测器,以检测有多少粒子以不同的角度偏转
α粒子散射实验建立
- α粒子是氦原子的原子核,带正电荷
当α粒子射向薄薄的金箔时,大多数α粒子会直接穿过金箔,只有少量α粒子会直接弹回来
- 从这个实验中,卢瑟福的结果是:
- 大部分α-粒子直接穿过(A)
- 这表明原子主要是空的
- 有些α-粒子的偏转角小于10o
- 这表明在中心有一个正电荷的原子核(因为两个正电荷会相互排斥)
- 只有少量α-粒子以> ~ 90的角度直接偏转o(C)
- 这表明原子核非常小,这是原子的质量和电荷集中的地方
- 因此得出结论,原子是由小而密集的带正电的原子核组成的,原子核周围是带负电的电子
原子:由负电子包围的带正电的小原子核
- (注:原子比原子核大10万倍左右!)
工作的例子
在α粒子散射实验中,一个学生设置了下面的仪器,以确定在不同角度θ上的探测器上单位时间内α粒子入射的数量n。下面哪个图最能代表n随θ从0到90°的变化?
答:一个
- 卢瑟福散射经验将平行的α粒子光束指向金箔
- 观察结果如下:
- 大部分α-粒子直接穿过了箔
- 因此,n的最大值在小角度处
- 部分α-粒子发生小角度偏转
- N随偏转角θ的增大而迅速下降
- 这些观察结果符合图A
原子结构
- 所有元素的原子都由三种粒子组成:质子、中子和电子。
质子和中子存在于原子核中,而电子则围绕原子核运行
- 各粒子的性质如下表所示:
- 稳定原子是中性(它没有电荷)
- 由于质子和电子具有相同的电荷,但符号相反,一个稳定的原子具有相等数量的质子和电子,从而使总电荷保持中性
考试技巧
记住不要把“原子”和“原子核”混在一起。“原子”由原子核和电子组成。“原子核”只是由原子中间的质子和中子组成,而不是电子。
反物质
- 我们生活在一个由事粒子(质子、中子、电子等)
- 所有物质粒子都有相应的反物质粒子
- 反物质粒子与它们对应的物质粒子相同,但带相反的电荷
- 这意味着如果一个粒子是正的,它的反物质粒子是负的,反之亦然
- 常见的物质-反物质对如下图所示:
- 除电子外,对应的反粒子对的名称与前缀相同“反”在相应的物质粒子符号上方有一条线
- 中性粒子,如中子或中微子,是它自己的反粒子
原子质量单位(u)
- 原子量:统一的原子质量单位(u)约等于一个质子或中子的质量:
- 1u = 1.66 × 10−27公斤
- 有时缩写为a.m.u
- 这个值会在考试的数据表上给出
- a.m.u在核物理中常用来表示亚原子粒子的质量。它等于碳12原子质量的1/12
原子力学单位中有质量的常见粒子表
- 在a.m.u中,一个原子的质量大致等于它的质子和中子的总和(核子数)。
- 例如,铀-235的质量大约是235u
工作的例子
估算元素哥白尼-285的原子核质量(单位:Kg)。把答案精确到小数点后两位。