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1、 第一节 原子的核式结构 原子核扩展资料捕捉电子的人汤姆逊英国科学巨匠、剑桥大学卡文迪许实验室主任JJ汤姆逊是英国的著名物理学家，电子的发现者20多年来一直试图揭开阴极射线的谜底，为此他进行了一系列实验在第一个实验里，汤姆逊在克鲁克斯管内的阳极上包了一层化学制品，这种制品一旦受到阴极射线的撞击就会发荧光接着，他在阴极射线的路径上放了一个金属十字架结果，他在阳极上看到了十字架的阴影从这个实验中，汤姆逊得出结论：阴极射线是直线传播的第二步，汤姆逊在阴极射线的路径上放了一个精巧而又能转动的小“风车”（一种像排气扇的东西），发现阴极射线能够使“风车”转动通过这一实验，汤姆逊了解到阴极射线是由物质的粒子
2、构成的，而不仅仅是一束光线在第三个实验里，汤姆逊在克鲁克斯管周围加上一个磁场，把磁铁的北极和南极放在管子的两边他观察到磁场使阴极射线或在阴极作用了下运动粒子的轨道弯曲了这表明，粒子是带负电荷的在第四个实验里，汤姆逊把荷电板放在阴极射线的两边，测定使之弯曲所需的荷电量，由此他可以算出粒子的重量汤姆逊发现，阴极粒子的重量约为已知量轻的元素氢原子的两千分之一最后，汤姆逊用不同的阴极把微量的不同气体放在各个管子内他发现在每一种情况下，粒子所发生的变化都是一样的因此他猜想，这些粒子是一切物质所共有的，而且始终是一样的就这样，汤姆逊得到了许多有关阴极射线的知识他知道它们走的是直线，它们是物质的粒子，它们带
3、负电荷，重量非常轻，而且在一切元素时里都可以发现它们汤姆逊在深入研究这五个事实之后，于1897年4月30日就阴极射线做了一个说明他在向皇家学会提出的报告中写道：“阴极射线是带负电荷的粒子”由于这些粒子是来自原子里面，因此他得出结论：“原子不是不可分割的，带负电的粒子能够在电力作用下从原子里分裂出来这些粒子不管是从哪种原子里分裂出来的，质量全都相同，而且带同样的负电荷，它们是一切原子的构成部分”多么惊人！100年来，大家都相信，原子是物质的最小单位，原子里面再没有别的东西，它是不能分割的现在，按照汤姆逊的说法，他发现了能够在每一种原子里都能找到的粒子他把这些粒子叫做电子，意思是带电的粒子电子很轻
4、，汤姆逊后来测出电子仅占原子总重量的1/1400左右汤姆逊根据这些实验结论假设了一个原子模型葡萄干面包模型他认为原子是一个带正电的球（面包），在这个球里面散布着很小的带负电的电子（葡萄干），这些电子排成一层一层的环1906年，汤姆逊因测出电子的电荷与质量而获诺贝物理奖查德威克一、生平简介查德威克，J(Sir James Chadwick18911974)英国实验物理学家1891年10月20日生于曼彻斯特，1911年毕业于曼彻斯特大学，后又在柏林大学和剑桥大学深造19231935年在剑桥大学任教19351948年任利物浦大学教授1948年起任剑桥大学戈维尔和凯尔斯学院院长1927年当选为英国皇家
5、学会会员剑桥、牛津等许多大学都授予他荣誉学位1945年被封为爵士他是E卢瑟福的学生和亲密的同事他还获得伯明翰大学、都柏林大学、利物浦大学、爱丁堡大学等许多学校的博士学位，他还是布鲁塞尔、丹麦、阿姆斯特丹等许多科学院的院士，他还获得法拉第奖章和富兰克林奖章等1974年7月24日，这位现代物理学的先驱者与世长辞，终年83岁二、科学成就查德威克主要从事原子核物理学的实验研究1914年他是学生的时候，首先发现射线能谱是连续的1920年他通过铂、银和铜核研究粒子的散射，直接测出了原子核的电荷，从而完全证实了卢瑟福的原子理论和关于元素的核结构以及核电荷数与元素的原子序数相等的结论查德威克对科学的最大贡献是
6、他发现了中子1930年德国的WWG博特用氦核轰击铍观察到一种穿透性很强的辐射，当时称之为铍辐射其后，约里奥-居里夫妇用这种铍射线轰击石蜡和其它含氢物质，观察到石蜡中放射出一种强质子流由于当时错误地认为这种铍辐射是一种辐射，从而对这种质子流的放射现象难以解释这时查德威克也一直在进行铍福射的研究，根据约里奥-居里夫妇的实验，他敏锐地觉察到铍福射决不是辐射，很可能就是卢瑟福在1920年所预言的、也是他多年寻找的中子辐射查德威克通过一系列实验研究，最后终于证实了中子的存在，铍福射即是由铍中射出的中子组成的于1932年在自然上发表了中子可能存在的专文查德威克发现了中子，不仅改变了当时人们的物质结构的概念
7、，同时还为研究和变革原子核提供了一种有力的手段，促进了核裂变研究工作的发展和原子能的利用由于这一重要的发现，他获得了1935年诺贝尔奖物理学奖查德威克与卢瑟福和CD艾利斯合着放射性物质的放射一书，于1930年出版三、趣闻轶事1、战俘营里的实验室1914年第一次世界大战爆发，德、英两国成为敌对国，正在柏林的查德威克被德国当局当作英国“俘虏”拘押在鲁莱本的一个战俘集中营据说查德威克在集中营里开始闷得发慌，找不到知音后来来了一位英国青年军官埃利斯，查德威克以极大的热情向埃利斯讲解原子物理战后埃利斯成了一个原子物理学家他这种科学精神深得德国同行们的同情和赞赏在德国科学院的努力交涉下，查德威克在集中营里
8、建立起一座实验室，坚持作放射性实验研究2、老师无意学生有心1920年圣诞节，卢瑟福在向少年儿童作有关原子物理学科普报告的时候，曾经提出一个很有启发性的问题，既然原子中有带负电的电子，也有带正电的质子，为什幺就不可以有一种不带电的中性粒子呢？问者无意，听者有心当时在场的查德威克对中性粒子产生了兴趣，从1921年起，他就从实验和理论两方面着手寻找中子他指导格拉逊和罗伯茨从氢气放电实验中寻找，结果没有成功1932的法国物理学家约里奥居里夫妇用钋源中的粒子轰击铍靶，产生穿透本领强的射线，用这种射线照射石蜡，发现石蜡经撞击后发射出质子来他们误认为这种射线是射线，射线有一种新的作用，可以把石蜡中的质子打出
9、来查德威克以特有的敏感性感到需要重新审查这一实验结果，他发现这种射线的速率只有光速的1/10，不可能是射线于是，他一方面用弹性碰撞的理论来分析，根据碰撞过程中的能量和动量守恒，确认这种中性射线是质量很大的中性粒子；中一方面用实验测得这种中性粒子的质量和氢核的质量几乎相等就这样，查德威尔克终于在1932年发现了这种中性粒子，他采纳了美国化学家哈金斯的建议，把这种中性粒子叫做中子3、与劳伦斯的友情查德威克于1932年发现了中子，中子的发现打开了原子核的大门，使原子核物理学有了划时代的进展，他因此荣获了1935年诺贝尔物理奖美国物理学家劳伦斯由于发明了回旋加速器，为高能物理的研究提供了有力的实验工具
10、，找到了打开粒子物理世界的一把钥匙，而荣获了1939年的诺贝尔物理奖这两位不同国度的杰出物理学家在1933年索尔维会议上不期而遇，随后开始了热情的通信，进而成为亲密的朋友1939年7月，由于劳伦斯的大力倡导，并派助手协助，查德威克在利物浦的回旋加速器终于产生了它的第一束加速粒子在劳伦斯的助手瓦尔克的协助下，金赛承担了加速器的日常管理工作，金赛毕业于剑桥大学，他在卡文迪许实验室工作学习了一段时间以后，和劳伦斯一起工作了3年1943年，查德威克率领一英国科学家来到美国的洛斯阿拉莫斯，参加原子弹的研制工作查德威克与劳伦斯，通过他们的书信往来成为亲密的朋友，在初次见面十年以后，他们在曼哈顿工程中再次相
11、会，重温旧好为了科学的发展、世界的和平、人类文明的进步，他们开始并肩工作卢瑟福卢瑟福(Ernest Rutherford，18711937)1871年8月30日生于新西兰纳尔逊附近的泉林村父亲是农民和工匠，母亲是乡村教师他在小学就对科学实验产生了兴趣由于成绩优秀，学习期间曾获一系列奖学金1894年从坎特布雷学院毕业时，以该校空前的数学和物理双第一名的成绩获硕士学位，还因无线电实验研究方面的成绩获理学学士学位毕业后，留校工作一年1895年考取大英博览会奖学金，进英国剑桥大学卡文迪什实验室学习开始时是以研究无线电为主，用自己的发射器和检波器实现了3.2km的收发距离意大利人马可尼后来的成就中包括了
12、对卢瑟福检波器的改进，但卢瑟福不计较个人名利，未与马可尼争无线电发明的优先权，在1932年5月3向马可尼颁发奖章时还赞扬了马可尼的功绩1896年春末，卢瑟福接受卡文迪什实验室主任JJ汤姆孙的建议，把研究方向转到放射性上1897年卢瑟福发现，铀射线由两种成分组成，一种是易被吸收的射线，他称之为射线；另一种是穿透性强的射线，他称之为射线同时他还根据实验预言，可能存在一种穿透能力更强的射线，这就是后来发现的并由他命名的射线卢瑟福1898年在卡文迪什实验室研究生毕业后，由JJ汤姆孙推荐，到加拿大的麦吉尔大学任物理学教授除教学之外，他继续研究放射性与来自英国的青年化学家F索迪合作，于1902年首先发现了
13、放射性元素的半衰期，提出放射性是元素自发衰变现象，指出放射性和光谱实验表明了原子有一个很复杂的结构1903年5月，他和索迪根据射线和射线在电场和磁场中的偏转度，辨别出它们分别由带正、负电的粒子构成指出放射性元素的原子衰变时释放带电粒子而变成性质不同的新元素，列出了早期的镭、钍、铀的衰变图谱，确认射线的能量占放射性元素辐射能量的99以上，为他们后来以射线作为研究原子结构的炮弹提供了根据1905年他应用放射性元素的含量及其半衰期，计算出太阳的寿命约为50亿年，开创了用放射性元素半衰期计算矿石、古物和天体年纪的先河卢瑟福在放射性研究上取得的一系列重大成果，使他名扬于世1907年他谢绝了一些著名大学的
14、高薪聘请，而出任英国曼彻斯特大学的物理学教授，因为该校有设备先进的实验室和优越的科研条件卢瑟福对、射线作了大量的研究1908年，他测算出射线的电荷1913年，他提出粒子的带电量为2，原子量为3.84，认为粒子失去电荷后应变成氦原子19131914年，他与人合作,测定射线的性质和波长，确认射线是一种比X射线频率更高的电磁辐射卢瑟福早就有用射线探索原子结构的想法1903年他就发现射线的能量比和射线大99倍左右，1906年他又发现射线通过云母片时，出现偏转2的小角度散射现象1908年6月，盖革发现射线的散射角与靶材料的原子量成正比 .同年10月，布拉格写信给卢瑟福，告诉他用粒子轰击原子时发生粒子急转
15、弯的现象这些现象促使他和盖革决定用重金属靶进行散射实验1909年3月，卢瑟福向正在实验的马斯登提出“看一看你是否能够得到从金属表面直接反射粒子的效应?”结果，马斯登发现了等于和大于90的大角度散射现象卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住这个反常现象，从原子内存在强电场的思想出发，1911年构思出原子的核式结构模型1912年，盖革和马斯登用实验证实了带正电的原子核的存在1913年莫塞莱用元素特征谱线与原子序数的关系证实了核外电子环的存在1918年，卢瑟福继JJ汤姆孙之后，担任卡文迪什实验室领导，将卡文迪什实验室发展到一个新的高峰，将物质微观结构的研究推向崭新的阶段，同时也培养出了许多青年科学家.卢瑟福是20世纪初最伟大的实验物理学家，他1908年获诺贝尔化学奖一生发表论文约215篇，著作6种，培养了10位诺贝尔奖获得者1937年10月19日他因患肠阻塞并发症逝世，葬于伦敦威斯敏斯特大教堂牛顿墓旁原子核与原子实原子核与原子实是原子物理学中的两个基本概念，它们既有一定的联系又有一定的差别为此，这里我们特把“原子实”概念作一系统介绍，旨在使有些读者能明晓原子实概念的全部内涵和外延，进而找出原子核与原子实的区别和联系原子核是原子的中心体，它的存在早在1911年为卢瑟福的粒子散射
