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1、第十八章原子的结构第1页，本讲稿共26页1897年年J.J.汤姆孙汤姆孙根据放电根据放电管中的阴极射线在管中的阴极射线在电磁场电磁场和和磁场磁场作用下的轨迹确定阴极作用下的轨迹确定阴极射线中的射线中的粒子粒子带带负电负电，并测，并测出其出其荷质比荷质比，这在一定意，这在一定意义上是历史上第一次发现义上是历史上第一次发现电子，电子，12年后年后R.A.密立根密立根用用油滴实验油滴实验测出了电子的测出了电子的电荷电荷。电子的发现电子的发现1856-19401856-1940英国剑桥大学实验物英国剑桥大学实验物理学家理学家 第2页，本讲稿共26页 19 19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发
2、世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。现了电子。8原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。早在早在18581858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。1876 1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极射阴极射线线阴极射线阴极射线第3页，本讲稿共26页阴极射线的本质阴极射线的本质一种认为阴极射线像一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射射线一样是电磁辐射一种认为阴极射线一种认为阴极射线是带电
3、微粒是带电微粒思考：思考：根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你知道哪根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你知道哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？第4页，本讲稿共26页 英国物理学家英国物理学家J.J.J.J.汤姆孙汤姆孙自自18901890年起开始研究，年起开始研究，对阴极射线对阴极射线进行进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。实验验证实验验证第5页，本讲稿共26页 在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极。对于真空度
4、不高的放电管来说，粒子还可能来自管中的极。对于真空度不高的放电管来说，粒子还可能来自管中的气体。气体。汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图 带电粒子的电荷量与其质量之比带电粒子的电荷量与其质量之比比荷比荷q/m，是一个，是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。建议你依照下面的提示自以得出组成阴极射线的微粒的比荷。建议你依照下面的提示自己算一算。己算一算。第6页，本讲稿共26页1.当金属板当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上屏
5、上P1点。施加电场点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图第7页，本讲稿共26页2.如果要抵消阴极射线的偏转，使它从如果要抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到点回到 P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大 小、方向合适的磁场。小、方向合适的磁场。这个磁场的方向是？这个磁场的方向是？写出此时每个阴极射线微粒（质量为写出此时每个阴极射线微粒（质量为m，速度为，速度为 v）受到的洛仑兹
6、力和电场力。你能求出阴极射线受到的洛仑兹力和电场力。你能求出阴极射线 的速度的速度v的表达式吗？的表达式吗？汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图第8页，本讲稿共26页3.由于金属板由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的电压间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量也是已知量E=?。磁感应强度磁感应强度B同样按已知量处理。同样按已知量处理。汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图第9页，本讲稿共26页4.如果去掉如果去掉D1、D2间的电场间的电场E，只保留磁场，只保留磁场B，磁场，磁场方向与射线运动方
7、向垂直。阴极射线在有磁场的区域方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为将会形成一个半径为r的圆弧的圆弧(r可以通过可以通过P3的位置算的位置算出出)。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是心力就是_力。力。汤姆孙的气体放电管的示意图汤姆孙的气体放电管的示意图第10页，本讲稿共26页实验结论实验结论 1897 1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。粒子流并求出了这种粒子的比荷。当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴当汤姆孙在测定比荷实验时发现，
8、用不同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这表明什么？表明什么？这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的质的共有成分共有成分。第11页，本讲稿共26页 荷质比约为质子（氢离子）比荷的荷质比约为质子（氢离子）比荷的20002000倍。是电倍。是电荷比质子大？还是质量比质子小？荷比质子大？还是质量比质子小？汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。后
9、来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确的。后来阴极射线的粒子被称为的。后来阴极射线的粒子被称为电子电子实验结论分析实验结论分析第12页，本讲稿共26页 进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、射线（研究对象射线（研究对象普遍化普遍化）。）。电子是原子的组成部分，是比原子电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。更基本的物质单元。
10、电子电子 美国科学家美国科学家密立根密立根又精确地测定了电子的电量：又精确地测定了电子的电量：e=1.602210e=1.6022101919 C C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：m=9.109410m=9.1094103131 kg kg质子质量与电子质量的比值：质子质量与电子质量的比值：第13页，本讲稿共26页密立根油滴实验第14页，本讲稿共26页密立根油滴实验的原理图第15页，本讲稿共26页18971897年，汤姆孙对阴极射年，汤姆孙对阴极射线研究，发现了电子，说线研究，发现了电子，说明原子是可再分，原子是明原子是可再分，原子是中性
11、，可推断出原子中还中性，可推断出原子中还有带正电的物质那么这有带正电的物质那么这两种物质是怎样构成原子两种物质是怎样构成原子的呢？的呢？汤姆孙汤姆孙第16页，本讲稿共26页第二节第二节 原子的核式结构模型原子的核式结构模型物理选修物理选修3-5 3-5 第十八章第十八章 原子的结构原子的结构第17页，本讲稿共26页电子电子正电荷正电荷汤姆孙的原子模型：汤姆孙的原子模型：原子是一个球原子是一个球体，正电荷体，正电荷均匀均匀分布分布在整个球体在整个球体内，电子内，电子镶嵌镶嵌其其中。中。枣糕模型枣糕模型第18页，本讲稿共26页粒子散射实验粒子散射实验 1909190919111911年，英国物年，
12、英国物理学家卢瑟福和他的助理学家卢瑟福和他的助手们进行了手们进行了 粒子散射粒子散射实验实验卢卢瑟瑟福福第19页，本讲稿共26页第20页，本讲稿共26页实验结果：实验结果：3.3.极少数极少数粒子发生大角度偏转，有粒子发生大角度偏转，有的甚至被弹回。的甚至被弹回。1 1.绝大多数绝大多数粒子：粒子：沿原方向前进沿原方向前进2 2.少数少数粒子：发生大角度偏转，甚粒子：发生大角度偏转，甚至偏角超过至偏角超过90900 0第21页，本讲稿共26页实验现象及分析实验现象及分析1、绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进；2、少数少数粒子发生了较大的偏转，偏转，甚至偏甚至偏角超过角超过900；3
13、、极少数极少数粒子发生大角度偏转，有的甚至粒子发生大角度偏转，有的甚至被弹回。被弹回。说明说明原子中绝大部分是空的原子中绝大部分是空的。可见可见 粒子受到较大的库仑力作用。粒子受到较大的库仑力作用。好像好像 粒子与比它的质量大得多的物粒子与比它的质量大得多的物体发生了体发生了 “碰撞碰撞”。第22页，本讲稿共26页汤姆孙模型预言的汤姆孙模型预言的粒子散射实验的结粒子散射实验的结果是怎样的？果是怎样的？正电荷在原子内部均匀分布，正电荷在原子内部均匀分布，粒子穿过原子粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相抵消，使抵消，使粒子偏转的力不会很大
14、。粒子偏转的力不会很大。第23页，本讲稿共26页1.在在原原子子的的中中心心有有一一个个很很小小的的核核称称为为原原子子核核；2.原原子子核核的的特特点点：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在原原子子核里；核里；3.原原子子特特点点：带带负负电电的的电电子子在在核核外外空空间间绕核旋转。绕核旋转。原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出第24页，本讲稿共26页2 2、原子半径大小约为、原子半径大小约为10 10-10-10 米米原子核半径大约原子核半径大约 为为 10 10 1515 米米A AZ ZX X1 1、元素符号表示：、元素符号表示：原子核的尺度原子核的尺度粒子散射实验的应用粒子散射实验的应用第25页，本讲稿共26页 体育场原子原子核 第26页，本讲稿共26页