2022-2023学年高二物理竞赛课件：物理中原子的质量和大小

物理中原子的质量和大小 2023/7/28 2 物理中原子的质量和大小 1. 原子的质量 2. 阿伏伽德罗定律 3. 原子的大小 4. 电子的发现 2023/7/28 3 原子的基本状况 科学的发展证实了原子的存在，但是并不是如同古人所想象的那么简单且是不可分割的，而是有复杂的内部结构和运动，并且是可以击破的。 各种物质都是由元素组成的，原子是元素的最小单元。各种元素的原子结构与性质是有区别的，即存在不同类型的原子，并且有各自的结构和特性。 但是各种不同的原子也具有共性， 都可被击破， 同时击破后各种原子的组成成分是相同的，都是几种基本的粒子。 原子物理学的任务就是要研究这几种基本粒子是如何构成各种各样、具有各种元素特性的原子的。 2023/7/28 4 一、 原子的质量 1、原子的绝对质量： 一百多种元素的原子，其质量各不相同。 质量最轻的氢原子： 1.673×10-27kg 含量最丰富的碳原子：1.994×10-26kg 原子质量的数量级： 10-27kg---10-25kg 2、原子的相对质量---原子量： 由于各种不同原子的质量都很小，所以在物理和 化学上经常采用相对质量---原子量来描述。 如何定义？ 2023/7/28 5 原子质量单位u： 自然界中最丰富的一种元素12C的质量的1/12 1u=1.994×10-26kg/12=1.661×10-27kg 原子量A： 其中：A是原子质量的相对值，MA是原子质量的绝对值。 根据质能关系 ，也用能量单位表示质量。 原子量物理意义： 代表一摩尔原子以克为单位的质量数。 2023/7/28 6 二、阿伏伽德罗定律： 1811年，意大利物理学家阿伏伽德罗提出：一摩 尔任何原子所含原子的数目都是一样的，这个常数称 为阿伏伽德罗常数。 由于1mol元素的质量为该元素的原子量A(g)，所以 NA是物理学中很重要的常数，它是联系微观物理学和宏观物理学的纽带，它将微观量和宏观量联系起来。关于这一点，在以后的学习中大家会逐步体会到的。 由于对任何微观世界物理量的测量都是在宏观世界进行的，因此都必须借助于NA；NA之巨大说明微观世界之细小。所以NA的精确测量很重要。 2023/7/28 7 NA的测量方法很多，在此介绍一种较早的测量方法。 1838年，伟大的英国物理学家法拉第在总结大量实验结果的基础上，确定了法拉第电解定律： 任何一摩尔单价离子永远带有相同的电量F(法拉第常数) 经实验测定，F的值为： 结合阿伏伽德罗定律可知： (e为电子电量) 测出e，就可以求出 由此可以看出： 确实将宏观世界观测量F与微观电量e联系起来了。 目前认为最精密的数值为 2023/7/28 8 三、原子的大小 将原子看作是半径为r的球体,其体积为 ,则一摩尔原子占体积为 其中： 是原子质量密度，单位为 原子的半径为 另外课本还介绍了两种估计原子半径的方法。 （1）从各种不同方法估计同一种原子的半径所得结果 所得数值可能有些出入，但是数量级是相同的。 （2）各种原子的半径是不同的，但都具有相同的数量 级，都是 2023/7/28 9 四、电子的发现 1897年汤姆逊从如右图 放电管中的阴极射线发现了 带负电的电子,并测得了e/m比。 工作原理： 加电场E后，射线偏转， 阴极射线带负电。 再加磁场H后，射线不偏转，  去掉电场E后，射线成一圆形轨迹，   求出荷质比 。 2023/7/28 10 1910年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值为 e =1.602×10－19（C） 从而电子质量是 me=9.109×10－31kg=0.511MeV/c2 =5.487×10－4u 特别重要的是密立根发现电荷是量子化的，即任何电荷 只能是e的整数倍。e是任何客体能携带的最小电荷量。 电子的发现具有划时代的意义，它说明原子并非“不可分割”的，其必然存在内部结构，人们必将冲破千百年来认为原子是组成物质的最小单元的陈旧观念，而去了解物质结构的更深层次。因此这一发现连同X射线和放射性的发现，极大的震动了经典物理学，把物理学带到了伟大变革的边缘，成为新物理学革命的前奏曲。 2023/7/28 11 至今我们已经知道： 原子中存在电子，它的质量只是整个原子质量的极小的一部分，电子带负电。原子则是中性的，这意味着原子中还有带正电的部分，它负担了原子质量的绝大部分。即原子由带正电的部分和带负电的电子构成。 那么问题出现：