18.2-原子的核式结构模型概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.原子的核式构造模型,第十八章 原子构造,公园前400多年古希腊宏大的唯物主义哲学家德谟克利特，提出“万物的根源是原子和虚空”，原子是不行再分的微粒，虚空是原子运动的场所。直到18世纪初期，英国化学家道尔顿创立原子学说。继承古希腊“朴实原子论”和牛顿“微粒说”，提出原子学说：物质世界的最小单位是原子，原子是一个实心球体，不行被分割的。汤姆孙通过阴极射线试验，觉察了阴极射线是带负电的粒子，命名为电子。在这,之前，元素周期表已经为人们所熟知，知道氢原子是质量最轻的原子，试验测得的电子的荷质比是氢离子的荷质比的近2023倍。汤姆孙认为电子的电荷量与氢离子的电荷量是一样的，得出氢离子的质量是电子质量的2023倍左右，所以汤姆孙就认为电子是原子的组成成分。后来密立根测出了电子电量，验证了汤姆孙的猜测是正确的。,在汤姆孙觉察电子之后，对于原子中正、负电荷如何分布的问题，消逝了很多的见解，其中比较引人留意的是1898年汤姆孙提出了“枣糕模型”或叫“西瓜模型”,他认为电子应当像枣子一样镶嵌在糕点上，这个模型后在1903、1907年又进一步被完善，汤姆孙模型在解释元素周期性方面取得了确定的成功。1909年他的学生卢瑟福想验证这种模型的准确性，他和他的学生盖革-马斯顿一起做粒子散射试验，今日我们要重点学习的粒子散射试验，这个试验在2023年9月份出版的物理学世界评比的“十大最美物理试验”之一，用最简洁的试验和设备获得最根本、最直接、最准确的科学结论!,电子是原子的组成局部，,由于电子是带负电的，,而原子又是中性的，因,此推断出原子中还有带,正电的物质，几乎占有,原子的全部质量。,me=9.10910-31Kg,e=1.60210-19C,历史回忆,J.J.汤姆孙，1857-1940，英国物理学家，电子的觉察者。,因通过气体电传导性的争论，测出电子的电荷与质量的比值，1906年获诺贝尔物理学奖。,思考：那么，这两种物质是怎样构成原子的呢？,电子,正电荷,原子是一个球体，里面布满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。,电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以确定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。,一,.,汤姆孙的原子模型,以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也承受了汤姆孙的原子模型，1909年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。,让我们来生疏一下卢瑟福吧！,从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。解释原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，解释原子为什么会发光，能估量出原子的大小约为一亿分之一厘米。,1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许试验室，成为汤姆孙的争论生。提出原子构造的核式模型，为原子构造的争论做出很大的奉献。1898年，在汤姆孙的推举下，担当加拿大麦吉尔大学的物理教授。1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担当卡文迪许试验室主任。1925年中选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵。1937年10月19日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。,欧内斯特卢瑟福1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位文学学士、文学硕士、理学学士。,科学成就,1.他关于放射性的争论确立了放射性是发自原子内部的变化。为开拓原子物理学做了开创性的工作。,2.1909年起，卢瑟福依据a粒子散射试验现象提出原子核式构造模型。把原子构造的争论引上了正确的轨道，被誉为原子物理学之父。,3.1919年，卢瑟福做了用粒子轰击氮核的试验，从而觉察了质子。,4.用粒子或射线轰击原子核来引起核反响实现人工核反响，成为人们争论原子核和应用核技术的重要手段。,桃李满天下,在卢瑟福的悉心培育下，,他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：,1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；,1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；,1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；,1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；,1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；,1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；,1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同 获得诺贝尔物理奖；,1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。,二.粒子散射试验,1.试验装置,放射源放射性元素钋Po放出粒子，粒子 是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。,金箔作为靶子，厚度1m,重叠了3000层左右的 金原子。,荧光屏粒子打在上面发出闪光。,显微镜通过显微镜观看闪光，且可360转动观看不同角度粒子的到达状况。,二.粒子散射试验,2.试验现象,绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，,少数粒子约占8000分之一发生了较大的偏转，,极少数粒子的偏转超过了90，有的甚至几乎被撞了回来。,二.粒子散射试验,卢瑟福对于上述试验的结果感到特殊惊异，他说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸放射炮弹，结果被发弹回来而打到自己身上。”,3.试验分析,思考：为什么会这样说？汤姆逊枣糕原子模型能否解释这种现象？,二.粒子散射试验,1粒子消逝大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？,2依据枣糕模型，粒子消逝大角度散射有没有可能是原子中正电荷造成的？,请你来答复吧！,二.粒子散射试验,卢瑟福依据他的导师汤姆生模型计算的结果：,电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，粒子所受库仑力也很小，散射角不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零,试验结果与之前猜测完全不全都，所以原子构造模型必需重新构思!,试验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转！,卢瑟福思考,1,微米厚的金箔内含,3000,层原子,层，绝大多数,粒子穿过金箔仍,沿原方向前进说明什么？少数,粒子的大角度偏转甚至反弹是怎,么造成的？,在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间围着核旋转。,三.原子的核式构造的提出,1.原子的核式构造模型,粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核。,而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有转变，只有极少数粒子可能与核特殊接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。,三.原子的核式构造的提出,2.对粒子散射试验现象解释,依据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的试验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估量出原子核的大小。,1原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。,2原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。,四,.,原子核的电荷与尺度,依据卢瑟福的原子构造模型，原子内部是特殊“空旷”的，举一个简洁的例子：露珠和体育场,体育场,原子,原子核,四,.,原子核的电荷与尺度,1、在用粒子轰击金箔的试验中，卢瑟福观看到的粒子的运动状况是 ,A.全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进,B.绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回,C.少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回,D.全部粒子都发生很大偏转,B,课堂练习,2、卢瑟福粒子散射试验的结果 ,A、证明白质子的存在,B、证明白原子核是由质子和中子组成的,C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上,D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动,C,课堂练习,3、当粒子被重核散射时，如以以下图的运动轨迹哪些是不行能存在的 ,课堂练习,BC,4、利用粒子散射试验，可以估算出 ,A原子核外电子大小,B电子运动速度,C原子的大小,D原子核的大小,课堂练习,D,5在粒子散射试验中，没有考虑粒子跟电子的碰撞，其缘由是 ,A粒子不跟电子发生相互作用,B粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可无视,C电子的体积很小，粒子不会跟电子相碰,D由于电子是均匀分布的，粒子所受电子作用的合力为零,课堂练习,B,