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1、4.34.3原子的核式结构原子的核式结构欧内斯特欧内斯特欧内斯特欧内斯特卢瑟福，英国著名物理学家，卢瑟福，英国著名物理学家，卢瑟福，英国著名物理学家，卢瑟福，英国著名物理学家，知名为原子核物理学之父。学术界公认他知名为原子核物理学之父。学术界公认他知名为原子核物理学之父。学术界公认他知名为原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，证卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，证卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，证卢瑟福首先提出放射性半衰期的
2、概念，证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的实放射性涉及从一个元素到另一个元素的实放射性涉及从一个元素到另一个元素的实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为类为类为类为射线与射线与射线与射线与射线，并且证实前者就是射线，并且证实前者就是射线，并且证实前者就是射线，并且证实前者就是氦离子。因为氦离子。因为氦离子。因为氦离子。因为“对元素蜕变以及放射化学对元素蜕变以及放射化学对元素蜕变以及放射化学对元素蜕变以及放射化学的研究的研究的研究的研究”，他荣获，他
3、荣获，他荣获，他荣获1908190819081908年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。一一、阴极射线、阴极射线早在早在18581858年，德国物理学家普吕克尔就发现年，德国物理学家普吕克尔就发现了气体导电时的了气体导电时的辉光放电现象辉光放电现象。赫兹赫兹 H.Rudolf H.Rudolf Hertz Hertz 1857 1857 18941894德国德国 认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“电磁波电磁波”J.J J.J 汤姆孙汤姆孙J.J ThomsonJ.J Thomson1857 1857 19401940英国英国认为阴极射线是一种认为阴极射线是一种“
4、带电微粒带电微粒”一一、阴极射线、阴极射线汤姆孙汤姆孙实验：实验：气体放电管气体放电管1.1.阴极阴极C C发出带电粒子发出带电粒子,通过小孔通过小孔ABAB形成阴极射线，到形成阴极射线，到 达右端荧光屏上达右端荧光屏上P P1 1点。点。一一、阴极射线、阴极射线一一、阴极射线、阴极射线2.2.金属板金属板D D1 1D D2 2之间之间加加电场电场E E之后，射线发生偏转并射之后，射线发生偏转并射 到屏上到屏上P P2 2处。处。由此可以推断阴极射线带由此可以推断阴极射线带负电负电。一一、阴极射线、阴极射线3.3.再加垂直纸面向外的匀强磁场，抵消阴极射线再加垂直纸面向外的匀强磁场，抵消阴极射
5、线的偏转，使它从的偏转，使它从P P2 2点回到点回到P P1 1。4.4.去掉去掉D1D1、D2D2间的电场间的电场E E，只保留磁场，阴极射线，只保留磁场，阴极射线向上偏转向上偏转。一一、阴极射线、阴极射线汤姆孙发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值汤姆孙发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都相同。都相同。说明说明不同物质都能发射这种带电粒子，不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成物质的它是构成物质的共有成分。共有成分。屏屏幕幕 LD 0一一、阴极射线、阴极射线汤姆孙还由实验测得测阴极射线粒子的电荷量，尽汤姆孙还由实验测得测阴极射线粒子的电荷量，尽管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷
6、管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。后来，把组成阴极射线的粒子称为后来，把组成阴极射线的粒子称为电子电子。一一、阴极射线、阴极射线电子电量：电子电量：e=1.610e=1.61019 19 C C（近似值）（近似值）（美国科学家（美国科学家密立根通过密立根通过“油滴实验油滴实验”精确测定）精确测定）电子电子质量：质量：m me e=9.110=9.1103131 kg kg（近似值）（近似值）质子质量与电子质量的比值质子质量与电子质量的比值:mp/me mp/me=18361836电子带电量是最基本的带电单
7、位电子带电量是最基本的带电单位元电荷元电荷e e 即任何带电体的电荷量只能是即任何带电体的电荷量只能是e e的整数倍。的整数倍。电荷是电荷是量子化量子化的。的。汤汤姆孙发现了电子，并且知道了姆孙发现了电子，并且知道了电子带负电子带负电，由此，人们电，由此，人们推断出原子中推断出原子中还必须有还必须有带带正电的物质。那么这两种物质是怎样构成正电的物质。那么这两种物质是怎样构成原子的？原子的？原子是一个球体，正电荷均匀分布在原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。整个球体内，电子镶嵌其中。正电荷正电荷电子电子汤姆孙的西瓜模型汤姆孙的西瓜模型勒纳德勒纳德在在19031903年做了一
8、个实验，使电年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。看来原子不是电子很容易穿透原子。看来原子不是一个实心球体。一个实心球体。卢瑟福和他的学生：卢瑟福和他的学生：粒子散射粒子散射实验完全实验完全否定否定“西瓜模型西瓜模型”。二、二、原子的核式结构模型原子的核式结构模型粒子就是氦原子核粒子就是氦原子核,电子全部剥电子全部剥离离,也就是也就是HeHe2+2+,相对质量为相对质量为4 4。二、二、原子的核式结构模型原子的核式结构模型粒子源，发射粒子源，发射高速高速粒子粒子接受接受粒粒子轰击子轰击自由转动，观自由转动，观察散射后不同察散射后
9、不同方向粒子方向粒子绝大多数绝大多数绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进。基本上仍沿原来的方向前进。基本上仍沿原来的方向前进。基本上仍沿原来的方向前进。少数少数少数少数发生了大角度的偏转，发生了大角度的偏转，发生了大角度的偏转，发生了大角度的偏转，角度甚至大于角度甚至大于角度甚至大于角度甚至大于90909090，几乎被，几乎被，几乎被，几乎被撞了回来。撞了回来。撞了回来。撞了回来。二、二、原子的核式结构模型原子的核式结构模型粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞造成的？粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞造成的？不可能不可能，因
10、为，因为粒子的质量是电子的粒子的质量是电子的73007300倍。按照倍。按照碰撞原理，电子对碰撞原理，电子对粒予的影响完全可以忽略。粒予的影响完全可以忽略。按照按照“西瓜模型西瓜模型”，粒子穿粒子穿过金过金原子后有没有可能发原子后有没有可能发生大角度偏转？生大角度偏转？不不可可能能，按按照照“西西瓜瓜模模型型”，正正电电荷荷是是均均匀匀地地分分布布在在原原子子内内，粒粒子子穿穿过过原原子子时时受受到到的的各各方方向向正正电荷的斥力基本上会相互抵消。电荷的斥力基本上会相互抵消。卢卢瑟瑟福福提提出出，占占原原子子质质量量绝绝大大部部分分的的带带正正电电的的那那部部分分物物质质集集中中在在很很小小的
11、的空空间间范范围围。这这样样才才可可能能使使a a粒粒子子发生大角度的偏转。发生大角度的偏转。质量很大，质量很大，带正电。带正电。二、二、原子的核式结构模型原子的核式结构模型卢瑟福核式结卢瑟福核式结构模型：构模型：1.1.在原子的中心有在原子的中心有一个很小的核一个很小的核，叫做原子核。，叫做原子核。2.2.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 原子核里。原子核里。3.3.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。1 1、确定各种元素原子核的电荷、确定各种元素原子核的电荷 用用不不同同元元素素进进行行粒粒子子散散射射实实验验，由
12、由实实验验数数据据可可以以确确定定各各种种元元素素原子核的电荷。原子核的电荷。又又由由于于原原子子是是电电中中性性的的，可可以以推算出原子内含有的电子数。推算出原子内含有的电子数。后后来来发发现现原原子子核核是是由由质质子子和和中中子子组组成成的的，原原子子核核的的电电荷荷数数就就是是核核中的质子数。中的质子数。三三、原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度2 2、原子核的尺度、原子核的尺度原子半径原子半径数量级数量级原子核半径原子核半径数量级数量级二二、原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度两者相差十万倍之多。可见原子内部是两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分十分“空旷空旷”的。的。体育场体育场原原 子子原子核原子核