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1、2 2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)模型第十八章第十八章 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) 電子是原子的組成部分，電子是原子的組成部分，由于電子是帶負(fù)電的，由于電子是帶負(fù)電的，而原子又是中性的，因而原子又是中性的，因此推斷出原子中還有帶此推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)，幾乎占有正電的物質(zhì)，幾乎占有原子的全部質(zhì)量。原子的全部質(zhì)量。 me=9.10910-31Kg e=1.60210-19C J.J.J.J.湯姆孫，湯姆孫，1857-19401857-1940，英國(guó)物，英國(guó)物理學(xué)家，電子的發(fā)現(xiàn)者。理學(xué)家，電子的發(fā)現(xiàn)者。因通過氣體導(dǎo)電傳導(dǎo)性的研究，因通過氣體導(dǎo)電傳導(dǎo)性的研究，測(cè)出電子的電荷與質(zhì)量的比值，測(cè)出電子的
2、電荷與質(zhì)量的比值，19061906年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。思考：那么，這兩思考：那么，這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？原子的呢？一、湯姆孫的原子模型一、湯姆孫的原子模型-棗糕模型棗糕模型 原子是一個(gè)球體，正電荷原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布均勻分布在在整個(gè)球體內(nèi)，電子整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌鑲嵌其中。其中。湯姆孫的湯姆孫的原子模型原子模型棗糕模型棗糕模型從經(jīng)典物理學(xué)的角度看，湯姆孫的模型是很從經(jīng)典物理學(xué)的角度看，湯姆孫的模型是很成功成功的。的。 解釋原子是電中性的，電子在原子里是怎樣分布的，解釋解釋原子是電中性的，電子在原子里是怎樣分布的，解釋原子為什么會(huì)發(fā)光，能估計(jì)
3、出原子的大小約為一億分之一原子為什么會(huì)發(fā)光，能估計(jì)出原子的大小約為一億分之一厘米。厘米。1895年在新西蘭大學(xué)畢業(yè)后，獲得英年在新西蘭大學(xué)畢業(yè)后，獲得英國(guó)劍橋大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金進(jìn)入卡文迪許實(shí)國(guó)劍橋大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，成為湯姆孫的研究生。提出原驗(yàn)室，成為湯姆孫的研究生。提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型，為原子結(jié)構(gòu)的研子結(jié)構(gòu)的核式模型，為原子結(jié)構(gòu)的研究做出很大的貢獻(xiàn)。究做出很大的貢獻(xiàn)。1898年，在湯姆孫的推薦下，擔(dān)任加年，在湯姆孫的推薦下，擔(dān)任加拿大麥吉爾大學(xué)的物理教授。拿大麥吉爾大學(xué)的物理教授。 1907年返回英國(guó)出任曼徹斯特大學(xué)的年返回英國(guó)出任曼徹斯特大學(xué)的物理系主任。物理系主任。1919年接替
4、退休的湯姆孫，擔(dān)任卡文年接替退休的湯姆孫，擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任。迪許實(shí)驗(yàn)室主任。1925年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席。年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席。1931年受封為納爾遜男爵。年受封為納爾遜男爵。1937年年10月月19日因病在劍橋逝世，與日因病在劍橋逝世，與牛頓和法拉第并排安葬，享年牛頓和法拉第并排安葬，享年66歲。歲。歐內(nèi)斯特歐內(nèi)斯特盧瑟福盧瑟福1871年年8月月30日生于新西日生于新西蘭納爾遜的一個(gè)手工業(yè)工蘭納爾遜的一個(gè)手工業(yè)工人家庭。并在新西蘭長(zhǎng)大。人家庭。并在新西蘭長(zhǎng)大。他進(jìn)入新西蘭的坎特伯雷他進(jìn)入新西蘭的坎特伯雷學(xué)院學(xué)習(xí)。學(xué)院學(xué)習(xí)。23歲時(shí)獲得了三個(gè)學(xué)位歲時(shí)獲得了三個(gè)學(xué)位（文學(xué)學(xué)士、文學(xué)
5、碩士、（文學(xué)學(xué)士、文學(xué)碩士、理學(xué)學(xué)士）。理學(xué)學(xué)士）。科學(xué)成就科學(xué)成就1.1.他關(guān)于他關(guān)于放射性的研究放射性的研究確立了放射確立了放射性是發(fā)自原子內(nèi)部的變化。為開性是發(fā)自原子內(nèi)部的變化。為開辟原子物理學(xué)做了開創(chuàng)性的工作。辟原子物理學(xué)做了開創(chuàng)性的工作。2.2.19091909年起，盧瑟福根據(jù)年起，盧瑟福根據(jù)a a粒子散粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象提出原子核式結(jié)構(gòu)模射試驗(yàn)現(xiàn)象提出原子核式結(jié)構(gòu)模型。把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正型。把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，被譽(yù)為確的軌道，被譽(yù)為原子物理學(xué)之原子物理學(xué)之父父。3.19193.1919年，盧瑟福做了用年，盧瑟福做了用粒子轟粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，從而擊氮核的實(shí)驗(yàn)，從而
6、發(fā)現(xiàn)了質(zhì)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。子。 4.4.用粒子或用粒子或射線轟擊原子核來引射線轟擊原子核來引起核反應(yīng)起核反應(yīng)實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng)實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng)，成為，成為人們研究原子核和應(yīng)用核技術(shù)的人們研究原子核和應(yīng)用核技術(shù)的重要手段。重要手段。桃李滿天下桃李滿天下 在盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，在盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學(xué)生和助手有多人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金：他的學(xué)生和助手有多人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金：1921年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1922年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)； 1922年，盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；年，盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物
7、理獎(jiǎng)；1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1935年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1951年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同 獲得諾貝獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)；爾物理獎(jiǎng)；1978年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。湯姆孫模型預(yù)言的湯姆孫模型預(yù)言的粒子散射實(shí)驗(yàn)的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是怎樣的？結(jié)果是怎樣的？正電荷在原子內(nèi)部均勻分布，正電荷在原
8、子內(nèi)部均勻分布， 粒子穿過原粒子穿過原子時(shí)，由于粒子兩側(cè)正電荷對(duì)它的斥力大部子時(shí)，由于粒子兩側(cè)正電荷對(duì)它的斥力大部分互相抵消，使分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大。粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大。絕大多數(shù)絕大多數(shù)粒子穿過粒子穿過金箔后仍沿原來方向金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，前進(jìn)，少數(shù)少數(shù)粒子（約占粒子（約占8000分之一）發(fā)生了分之一）發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)粒子的偏轉(zhuǎn)超過了超過了90，有的甚，有的甚至幾乎被撞了回來。至幾乎被撞了回來。結(jié)果分析： 電子能否使電子能否使粒子大角度偏轉(zhuǎn)？粒子大角度偏轉(zhuǎn)？ 1 1微米厚的金箔內(nèi)含微米厚的金箔內(nèi)含30003000層原子層原子層，絕大多數(shù)層
9、，絕大多數(shù)粒子穿過金箔仍粒子穿過金箔仍沿原方向前進(jìn)說明什么？沿原方向前進(jìn)說明什么？ 少數(shù)少數(shù)粒子的大角度偏轉(zhuǎn)甚至反粒子的大角度偏轉(zhuǎn)甚至反彈是怎么造成的？彈是怎么造成的？盧瑟福對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果感到十分驚奇，盧瑟福對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果感到十分驚奇，他說：他說：“這是我一生中從未有的最難以置信這是我一生中從未有的最難以置信的事，它好比你對(duì)一張紙發(fā)射炮彈，結(jié)果被的事，它好比你對(duì)一張紙發(fā)射炮彈，結(jié)果被發(fā)彈回來而打到自己身上。發(fā)彈回來而打到自己身上?！彼伎迹簽槭裁磿?huì)這樣說？湯姆遜棗思考：為什么會(huì)這樣說？湯姆遜棗糕原子模型能否解釋這種現(xiàn)象？糕原子模型能否解釋這種現(xiàn)象？盧瑟福盧瑟福根據(jù)他的導(dǎo)師湯姆生模型計(jì)算的
10、結(jié)果：根據(jù)他的導(dǎo)師湯姆生模型計(jì)算的結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前預(yù)測(cè)完全不一致，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前預(yù)測(cè)完全不一致，所以原子結(jié)構(gòu)模型必須重新構(gòu)思所以原子結(jié)構(gòu)模型必須重新構(gòu)思! 實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是有八千分之一的粒子發(fā)生了大實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是有八千分之一的粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn) ！在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都核。原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。間繞著核旋轉(zhuǎn)。三三. 原子的核式結(jié)構(gòu)的提出原子的核式結(jié)構(gòu)的提出 1. 原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)模型 粒子穿
11、過原子時(shí)，粒子穿過原子時(shí)，電子對(duì)電子對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影粒子運(yùn)動(dòng)的影響很小，影響響很小，影響粒子運(yùn)粒子運(yùn)動(dòng)的主要是帶正電的原動(dòng)的主要是帶正電的原子核。子核。而而絕大多數(shù)的絕大多數(shù)的粒子粒子穿穿過原子時(shí)離核較遠(yuǎn)，受過原子時(shí)離核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力很小，運(yùn)到的庫侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎沒有改變，動(dòng)方向幾乎沒有改變，只有只有極少數(shù)極少數(shù)粒子粒子可能可能與核十分接近，受到較與核十分接近，受到較大的庫侖斥力，才會(huì)發(fā)大的庫侖斥力，才會(huì)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)生大角度的偏轉(zhuǎn) 。三三. 原子的核式結(jié)構(gòu)的提出原子的核式結(jié)構(gòu)的提出 2. 對(duì)對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋解釋統(tǒng)計(jì)類型統(tǒng)計(jì)類型穿透金箔后粒子的行為穿透金箔后
12、粒子的行為核式結(jié)構(gòu)模型核式結(jié)構(gòu)模型絕大多數(shù)絕大多數(shù)基本上仍沿原來基本上仍沿原來方向前進(jìn)方向前進(jìn)少數(shù)少數(shù)發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)極少數(shù)極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過偏轉(zhuǎn)角超過9090個(gè)別的個(gè)別的被反彈回來被反彈回來課堂小結(jié)課堂小結(jié)根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。（1 1）原子的半徑約為）原子的半徑約為1010-10-10m m、原子核半徑約、原子核半徑約是是1010-15-15m m，原子核的體積只占原子的體積，原子核的體積
13、只占原子的體積的萬億分之一。的萬億分之一。（2 2）原子核所帶）原子核所帶正電荷數(shù)正電荷數(shù)與核外與核外電子數(shù)電子數(shù)以以及該元素在周期表內(nèi)的及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等原子序數(shù)相等。 根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分“空曠空曠”的，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：的，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：露珠和體育場(chǎng)露珠和體育場(chǎng)體育場(chǎng)體育場(chǎng)原子原子原子核原子核 1 1、在用、在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的的粒子的運(yùn)動(dòng)情況是（粒子的運(yùn)動(dòng)情況是（ ） A.A.全部全部粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn) B
14、.B.絕大多數(shù)絕大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回 C.C.少數(shù)少數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回 D.D.全部全部粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)B2 2、盧瑟福、盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果（粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果（ ）A A、證明了質(zhì)子的存在、證明了質(zhì)子的存在B B、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的、證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C C、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集
15、中、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上在一個(gè)很小的核上D D、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)動(dòng)C3 3、當(dāng)、當(dāng)粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不可能存在的（動(dòng)軌跡哪些是不可能存在的（ ）BC4 4、利用、利用粒子散射實(shí)驗(yàn)，可以估算出（粒子散射實(shí)驗(yàn)，可以估算出（ ） A A原子核外電子大小原子核外電子大小B B電子運(yùn)動(dòng)速度電子運(yùn)動(dòng)速度C C原子的大小原子的大小D D原子核的大小原子核的大小D5 5在在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，沒有考慮粒子散射實(shí)驗(yàn)中，沒有考慮粒子跟電粒子跟電子的碰撞，其原因是
16、（子的碰撞，其原因是（ ）A A粒子不跟電子發(fā)生相互作用粒子不跟電子發(fā)生相互作用B B粒子跟電子相碰時(shí)，損失的能量極少，可粒子跟電子相碰時(shí)，損失的能量極少，可忽略忽略C C電子的體積很小，電子的體積很小，粒子不會(huì)跟電子相碰粒子不會(huì)跟電子相碰D D由于電子是均勻分布的，由于電子是均勻分布的，粒子所受電子作粒子所受電子作用的合力為零用的合力為零B 6 6、 粒子散射實(shí)驗(yàn)用的是金箔、鉑粒子散射實(shí)驗(yàn)用的是金箔、鉑箔等重金屬箔，為什么不用輕金屬箔，箔等重金屬箔，為什么不用輕金屬箔，例如鋁箔？例如鋁箔？（1 1）、金（鉑）的延展性很）、金（鉑）的延展性很好，金箔（鉑箔）可以碾展好，金箔（鉑箔）可以碾展得極
17、?。ǘ伎梢赃_(dá)到對(duì)可見得極?。ǘ伎梢赃_(dá)到對(duì)可見光透明的程度）。這樣，在光透明的程度）。這樣，在厚度方向上金原子的個(gè)數(shù)很厚度方向上金原子的個(gè)數(shù)很少。（少。（2 2）金核（鉑核）比鋁）金核（鉑核）比鋁核重，對(duì)核重，對(duì)粒子的作用更強(qiáng)粒子的作用更強(qiáng)26 7 7、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有 （ ） A A、原子的中心有個(gè)核，叫做原子核、原子的中心有個(gè)核，叫做原子核 B B、原子的正負(fù)電荷都均勻分布在整個(gè)原子中、原子的正負(fù)電荷都均勻分布在整個(gè)原子中 C C、原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中、原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里在原子核里 D D、帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)、帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)ACD
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