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1、江夏一中江夏一中 陈红陈红原子复杂结构的发现过程18971897年发现阴极射线是电子流年发现阴极射线是电子流都从物体中击出电子来都从物体中击出电子来原子原子 ( (中性中性) )电子电子( (一一) )正电荷正电荷? ?设想设想? ?1 1、公元前五世纪、公元前五世纪希腊哲学家提出物质是由不可分割的微粒（叫原子）组成。希腊哲学家提出物质是由不可分割的微粒（叫原子）组成。2 2、100100多年前多年前化学反应中原子的种类和数目不变，化学上倍比定律的发化学反应中原子的种类和数目不变，化学上倍比定律的发现等证实了物质的原子性结构，认为原子是不可再分的、物现等证实了物质的原子性结构，认为原子是不可再
2、分的、物质是由原子组成的。质是由原子组成的。3 3、1919世纪末世纪末2020世纪初世纪初X X射线使气体电离射线使气体电离光电效应光电效应汤姆生原子模型汤姆生原子模型十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原子的组成部分由于电子是带负电的，子是原子的组成部分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而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质那么这两种物质是怎样构成原子正电的物质那么这两种物质是怎样构成原子的呢？的呢？汤姆生的原子模型汤姆生的原子模型汤姆生的原子模型汤姆生的原子模型汤汤姆姆生生提提出出了了枣枣糕糕模模型型汤姆生
3、汤姆生杰出贡献杰出贡献:1897年发现电子年发现电子(荣获荣获1906年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖)电子电子正电荷正电荷 汤姆孙认为：原子是一个球体；正电荷均汤姆孙认为：原子是一个球体；正电荷均匀分布在整个球内，而电子都象布丁中的葡萄匀分布在整个球内，而电子都象布丁中的葡萄干那样镶嵌在内。干那样镶嵌在内。一、汤姆孙的原子模型一、汤姆孙的原子模型“枣糕模型枣糕模型”能够能够定性解释原子光谱定性解释原子光谱。“枣糕模型枣糕模型” 以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上所
4、取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学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。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，19091909年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用兼助手盖革和马斯顿用兼助手盖革和马斯顿用兼助手盖革和马斯顿用 粒子轰击金箔去粒
5、子轰击金箔去粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去验证验证验证验证汤姆汤姆汤姆汤姆孙原子模型。孙原子模型。孙原子模型。孙原子模型。从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功成功的。 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，能估计出原子的大小约为一亿分之一原子为什么会发光，能估计出原子的大小约为一亿分之一厘米。厘米。二二. 粒子散射实验粒子散射实验1.1.实验装置实验装置放射源放射源放射源放射源放射性元素钋放射性元素钋放射性元素钋放射性元素钋（PoPo）放出）放出）放出）放出 粒子，粒子，粒子，粒子， 粒子粒子粒子粒子 是氦核，
6、带是氦核，带是氦核，带是氦核，带2e2e正电荷，质正电荷，质正电荷，质正电荷，质量是氢原子的量是氢原子的量是氢原子的量是氢原子的4 4倍，具有较倍，具有较倍，具有较倍，具有较大的动能。大的动能。大的动能。大的动能。金箔金箔金箔金箔作为靶子，厚度作为靶子，厚度作为靶子，厚度作为靶子，厚度1m, 1m, 重叠了重叠了重叠了重叠了30003000层左右的层左右的层左右的层左右的 金原子。金原子。金原子。金原子。荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏粒子打在上面粒子打在上面粒子打在上面粒子打在上面发出闪光。发出闪光。发出闪光。发出闪光。显微镜显微镜显微镜显微镜通过显微镜观通过显微镜观通过显微镜观通过显微镜观察闪光，
7、且可察闪光，且可察闪光，且可察闪光，且可360360转动观转动观转动观转动观察不同角度察不同角度察不同角度察不同角度 粒子的到达情粒子的到达情粒子的到达情粒子的到达情况况况况。思考与讨论：思考与讨论：1 1、粒子射入金箔时难免与电子碰撞。粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估试估计与电子的碰撞对计与电子的碰撞对粒子速度的影响。粒子速度的影响。2 2、按照汤姆孙枣糕原子模型，正电荷均匀分、按照汤姆孙枣糕原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内部。布在整个原子球体内部。请分析：请分析：粒子穿过粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能
8、沿什么方向前进。的可能性较大，最不可能沿什么方向前进。3 3、试画出、试画出粒子穿过汤姆孙枣糕模型的图景。粒子穿过汤姆孙枣糕模型的图景。根据汤姆孙模型的计算根据汤姆孙模型的计算 ：粒子穿过金箔后偏离原来方向粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的，因为电子的质的角度是很小的，因为电子的质量不到量不到粒子的粒子的1/7300，粒子粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰到碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变。正电荷又是均匀生明显的改变。正电荷又是均匀分布的，分布的，粒子穿过原子时，它粒子穿过原子时，它受到原子内部两侧正电荷的斥力受到原子内部两侧正
9、电荷的斥力大部分相互抵消，大部分相互抵消，粒子偏转的粒子偏转的力就不会很大。力就不会很大。事实真的如此吗？事实真的如此吗？二二. 粒子散射实验粒子散射实验 粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验1 1、绝大多数、绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进原来方向前进2 2、少数、少数 粒子发生了较大的偏转粒子发生了较大的偏转3 3、极少数、极少数 粒子的偏转超过粒子的偏转超过90904 4、有的甚至几乎达到、有的甚至几乎达到180 180 二二. 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，他说：他说：“这是我一
10、生中从未有的最难以置信这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被发弹回来而打到自己身上。发弹回来而打到自己身上。”3.实验分析实验分析思考：为什么会这样说？汤姆逊枣思考：为什么会这样说？汤姆逊枣糕原子模型能否解释这种现象？糕原子模型能否解释这种现象？二二. 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福卢瑟福根据他的导师汤姆生模型计算的结果：根据他的导师汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对电子质量很小，对电子质量很小，对电子质量很小，对 粒子的运动方向不会发生明显影响；粒子的运动方向不会发生明显影响；粒子的运动方向不会发生明显影响；粒子的运动方
11、向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，由于正电荷均匀分布，由于正电荷均匀分布，由于正电荷均匀分布， 粒子所受库仑力也很小，散射角粒子所受库仑力也很小，散射角粒子所受库仑力也很小，散射角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不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零实验结果与之前预测完全不一致，实验结果与之前预测完全不一致，所以原子结构模型必须重新构思所以原子结构模型必须重新构思! 实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转角度偏
12、转 ！ 粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验1 1、绝大多数、绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进2 2、少数、少数 粒子发生了较大的偏转粒子发生了较大的偏转3 3、极少数、极少数 粒子的偏转超过粒子的偏转超过90904 4、有的甚至几乎达到、有的甚至几乎达到180 180 第一条现象说明，原子中绝大部分是空的；第一条现象说明，原子中绝大部分是空的；第二、三现象可看出，第二、三现象可看出， 粒子受到较大的库仑力作用；粒子受到较大的库仑力作用；第四条现象可看出，第四条现象可看出， 粒子在原子中碰到了比他质量大粒子在原子中碰到了比他质量大的多的东西的多
13、的东西1、在原子中心有一个很小的核，叫原子核、在原子中心有一个很小的核，叫原子核2、原原子子的的全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量都都集集中中在原子核里在原子核里3、带负电的电子在核外空间绕着核旋转、带负电的电子在核外空间绕着核旋转三、三、原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 粒粒子子穿穿过过原原子子时时，电电子子对对粒粒子子运运动动的的影影响响很很小小，影影响响粒粒子子运运动动的的主主要要是是带带正正电电的的原子核。原子核。而而绝绝大大多多数数的的粒粒子子穿穿过过原原子子时时离离核核较较远远，受受到到的的库库仑仑斥斥力力很很小小，运运动动方方向向几几乎乎没没有有改改变变，只
14、只有有极极少少数数粒粒子子可可能能与与核核十十分分接接近近，受受到到较较大大的的库库仑仑斥斥力力，才才会会发发生生大大角角度度的的偏偏转转 。三三. 原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 2. 对对粒子散射实验现象粒子散射实验现象解释解释 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分十分“空旷空旷”的，举一个简单的例子：的，举一个简单的例子：体育场体育场体育场体育场原子原子原子原子原子核原子核原子核原子核质子质子质子质子中子中子中子中子核子核子核子核子质子数质子数质子数质子数电荷数电荷数电荷数电荷数原子核的组成原子核的组成 1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，
15、得到了年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质质子子，进而猜想原子核内存在不带电的，进而猜想原子核内存在不带电的中子中子，这一，这一猜想猜想10年后被他的学生查德威克用实验证实，并年后被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认得到公认电荷数电荷数 Z =质子数质子数=原子序数原子序数 质量数质量数 A =核子数核子数 =质子数质子数+中子数中子数 同位素：同位素： 质子数相同而中子数不同质子数相同而中子数不同的原子，叫同位素。其原子的的原子，叫同位素。其原子的核外电子都相同，因而化学性核外电子都相同，因而化学性质相同，但物理性质不同。质相同，但物理性质不同。 元素符号表示：元素符号表示：统计类型统计类
16、型穿透金箔后粒子的行为穿透金箔后粒子的行为核式结构模型核式结构模型绝大多数绝大多数基本上仍沿原来方向前进基本上仍沿原来方向前进1.1.在原子的中心在原子的中心在原子的中心在原子的中心有一个很小的有一个很小的有一个很小的有一个很小的核，叫做原子核，叫做原子核，叫做原子核，叫做原子核核核核2.2.原子的全部正原子的全部正原子的全部正原子的全部正电荷和几乎全电荷和几乎全电荷和几乎全电荷和几乎全部质量都集中部质量都集中部质量都集中部质量都集中在原子核里在原子核里在原子核里在原子核里3.3.带负电的电子带负电的电子带负电的电子带负电的电子在核外空间绕在核外空间绕在核外空间绕在核外空间绕着核旋转着核旋转着
17、核旋转着核旋转少数少数发生了较大的偏转发生了较大的偏转极少数极少数偏转角超过偏转角超过90个别的甚至个别的甚至 被反弹回来（原路返回）被反弹回来（原路返回）课堂小结课堂小结: 粒子散射实验现象及卢瑟福提出原子的核式结构模型粒子散射实验现象及卢瑟福提出原子的核式结构模型粒子散射实验现象及卢瑟福提出原子的核式结构模型粒子散射实验现象及卢瑟福提出原子的核式结构模型: :l练习l1在粒子散射实验中，使少数粒子产生大角度偏转的作用力是原子核对粒子的()lA万有引力B库仑力lC磁场力 D核力l答案：Bl2对粒子散射实验装置的描述，下列说法正确的是l()lA主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜lB金
18、箔的厚薄对实验无影响lC如果改用铝箔就不能发生散射现象lD实验装置放在真空中l答案：ADl 3卢瑟福粒子散射实验的结果()lA证明了质子的存在lB证明了原子核是由质子和中子组成的lC证明了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里lD说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动答案：答案：Cl4卢瑟福对粒子散射实验的解释是()lA使粒子产生偏转的力主要是原子中电子对粒子的作用力lB使粒子产生偏转的力是库仑力lC原子核很小，粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进lD能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子l答案：BCDl 5卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有l()lA原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上lB正电荷在原子中是均匀分布的lC原子中存在着带负电的电子lD原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案：答案：A
