18.2原子的核式结构模型

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1、18.2 18.2 原子的核式结构模型原子的核式结构模型电子是原子的组成部分，电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有正电的物质，几乎占有原子的全部质量。原子的全部质量。me=9.10910-31Kge=1.60210-19C历史回顾历史回顾J.J.汤姆孙，汤姆孙，1857-1940，英国物，英国物理学家，电子的发现者。理学家，电子的发现者。因通过气体电传导性的研究，测因通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值，出电子的电荷与质量的比值，1906年获诺贝尔物理学奖

2、。年获诺贝尔物理学奖。思考：那么，这两思考：那么，这两种物质是怎样构成种物质是怎样构成原子的呢？原子的呢？电子正电荷原子是一个球体，原子是一个球体，里面充满了里面充满了均均均均匀分布的带正电的流体匀分布的带正电的流体匀分布的带正电的流体匀分布的带正电的流体，电子镶，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为们称为“枣糕模型枣糕模型”。电子等间隔地排列在与正电球同电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的

3、就是这些电子的子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。辐射频率。一一.汤姆孙的原子模型汤姆孙的原子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

4、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罗斯顿用兼助手盖革和罗斯顿用兼助手盖革和罗斯顿用兼助手盖革和罗斯顿用 粒子轰击金箔去粒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。让我们来认识一下卢瑟福吧让我们来认识一下卢瑟福吧！从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功成功成功成功的。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

5、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。厘米。厘米。1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成为汤姆孙的研究生。提出原子结构的核式为汤姆孙的研究生。提出原子结构的核式模型，为原子结构的研

6、究做出很大的贡献。模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。1898年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。麦吉尔大学的物理教授。1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。年当选为英国皇家学会主席。1931年年受封为纳尔逊男爵。受封为纳尔逊男爵。1937年年10月月19日因病在剑桥逝世，与牛顿日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年和法拉第并排安葬，享年66岁。岁。欧内斯特

7、欧内斯特卢瑟福卢瑟福1871年年8月月30日生于新西日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。学院学习。23岁时获得了三个学位岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、（文学学士、文学硕士、理学学士）。理学学士）。科学成就科学成就1、他关于、他关于放射性的研究放射性的研究确立了放确立了放射性是发自原子内部的变化。为开射性是发自原子内部的变化。为开辟原子物理学做了开创性的工作。辟原子物理学做了开创性的工作。2、1909年起，卢瑟福根据年起，卢瑟福根据 粒子散粒子散射试验现象提出原子核式

8、结构模型。射试验现象提出原子核式结构模型。把原子结构的研究引上了正确的轨把原子结构的研究引上了正确的轨道，被誉为道，被誉为原子物理学之父原子物理学之父。3、1919年，卢瑟福做了用年，卢瑟福做了用粒子粒子轰击氮核的实验，从而轰击氮核的实验，从而发现了质子。发现了质子。4、用粒子或、用粒子或射线轰击原子核来射线轰击原子核来引起核反应引起核反应实现人工核反应实现人工核反应，成为，成为人们研究原子核和应用核技术的重人们研究原子核和应用核技术的重要手段。要手段。桃李满天下桃李满天下在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：有多人获得了诺贝尔奖金：1

9、921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；化学奖；1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；理奖；1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；物理奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；尔物理奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；尔物理奖；1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同耳顿，共同获得诺贝尔

10、物理奖；获得诺贝尔物理奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。物理奖。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放射性放射性放射性元素钋（元素钋（元素钋（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是是是氦核，带氦核，带氦核，带氦核，带2e2e正电荷，正电荷，正电荷，正电荷，质量是氢原子的质量是氢原子的质量是氢原子的质量是氢原子的4 4倍，倍，倍，倍，具有较大的动能。具有较大的动能。具有较大的动能。具有较大的动能。金箔金箔金箔金箔作为靶子，作为靶子，作为靶子，作为靶子，厚度

11、厚度厚度厚度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 金原金原金原金原子。子。子。子。荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏粒子打粒子打粒子打粒子打在上面发出闪光。在上面发出闪光。在上面发出闪光。在上面发出闪光。显微镜显微镜显微镜显微镜通过显通过显通过显通过显微镜观察闪光，且微镜观察闪光，且微镜观察闪光，且微镜观察闪光，且可可可可360360转动观察不同转动观察不同转动观察不同转动观察不同角度角度角度角度 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。二二.粒子散射实粒子散射实验验2.实验现象实验现象绝大多数绝大多数粒子穿过粒子穿过金箔后仍沿原来方向金

12、箔后仍沿原来方向前进，前进，少数少数粒子（约占粒子（约占8000分之一）发生了分之一）发生了较大的偏转，较大的偏转，极少数极少数粒子的偏转粒子的偏转超过了超过了90，有的甚，有的甚至几乎被撞了回来。至几乎被撞了回来。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，它好比你对一张纸的事，它好比你对一张纸 发射炮弹，结果被发射炮弹，结果被弹回来而打到自己身上。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？思考：为什么会这样说？汤姆逊枣汤姆逊枣

13、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（1）粒子出现大角度散射）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞有没有可能是与电子碰撞后造成的？后造成的？（2）按照枣糕模型，粒子）按照枣糕模型，粒子出现大角度散射有没有可出现大角度散射有没有可能是原子中正电荷造成的能是原子中正电荷造成的？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；

14、粒子的运动方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，发生大角度偏转的概率几乎是零不超过零点几度，发生大角度偏转的概率几乎是零不超过零点几度，发生大角度偏转的概率几乎是零不超过零点几度，发生大角度偏转的概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

15、转角度偏转！卢瑟福思考卢瑟福思考 1微米厚的金箔内含3000层原子层，绝大多数粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？少数粒子的大角度偏转甚至反弹是怎么造成的？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，叫叫做做原原子子核核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核里里带带负负电电的的电电子子在在核核外外空空间绕着核旋转间绕着核旋转三三.原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 1.原子的核式结构模型原子的核式结构模型 粒粒粒粒子子子子穿穿穿穿过过过过原原原原子子子子时时时时，电电电电子子子子对对对对 粒粒粒粒子子子子运运运运动动动动的的的的

16、影影影影响响响响很很很很小小小小，影影影影响响响响 粒粒粒粒子子子子运运运运动动动动的的的的主主主主要要要要是是是是带带带带正正正正电电电电的的的的原子核。原子核。原子核。原子核。而而而而绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数的的的的 粒粒粒粒子子子子穿穿穿穿过过过过原原原原子子子子时时时时离离离离核核核核较较较较远远远远，受受受受到到到到的的的的库库库库仑仑仑仑斥斥斥斥力力力力很很很很小小小小，运运运运动动动动方方方方向向向向几几几几乎乎乎乎没没没没有有有有改改改改变变变变，只只只只有有有有极极极极少少少少数数数数 粒粒粒粒子子子子可可可可能能能能与与与与核核核核十十十十分分分分接接接接近近近近，

17、受受受受到到到到较较较较大大大大的的的的库库库库仑仑仑仑斥斥斥斥力力力力，才才才才会会会会发发发发生生生生大大大大角角角角度度度度的的的的偏偏偏偏转转转转。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核式模型和根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数据，可以推算出各种元素原子核的电荷Q Q，原，原子内的电子数，还可以估计出原子核的大小。子内的电子数，还可以估计出原子核的大小。（1 1）原子的半径约为）原子的半径约为1010-10-10m m、原子核半径约是、原子核半径约是10

18、10-15-15m m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。之一。（2 2）原子核所带）原子核所带正电荷数正电荷数与核外与核外电子数电子数以及该以及该元素在周期表内的元素在周期表内的原子序数相等原子序数相等。四四.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷空旷”的，举一个简单的例子的，举一个简单的例子：露珠和体育场露珠和体育场体育场体育场原子原子原子核原子核四四.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度1.粒子散射实验装置、现象、意义粒子散射实验装置、现象、意义 2卢瑟福原子核

19、式结构模型卢瑟福原子核式结构模型 3原子核与原子大小的数量级原子核与原子大小的数量级课堂小结课堂小结你掌握了吗？你掌握了吗？1、在用、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的的粒子的运动情况是（粒子的运动情况是（）A、全部、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进进B、绝大多数、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C、少数、少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至

20、被弹回进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D、全部、全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转B课堂练习课堂练习2、卢瑟福、卢瑟福粒子散射实验的结果（粒子散射实验的结果（）A、证明了质子的存在、证明了质子的存在B、证明了原子核是由质子和中子组成的、证明了原子核是由质子和中子组成的C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中、说明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上在一个很小的核上D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动动C课堂练习课堂练习3、当、当粒子被重核散射时，如图所示的运动粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的

21、（轨迹哪些是不可能存在的（）课堂练习课堂练习BC4、利用、利用粒子散射实验，可以估算出（粒子散射实验，可以估算出（）A原子核外电子大小原子核外电子大小B电子运动速度电子运动速度C原子的大小原子的大小D原子核的大小原子核的大小课堂练习课堂练习D5在在粒子散射实验中，没有考虑粒子散射实验中，没有考虑粒子跟电子粒子跟电子的碰撞，其原因是（的碰撞，其原因是（）A粒子不跟电子发生相互作用粒子不跟电子发生相互作用B粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略略C电子的体积很小，电子的体积很小，粒子不会跟电子相碰粒子不会跟电子相碰D由于电子是均匀分布的，由于电子是均匀分布的，粒子所受电子作用粒子所受电子作用的合力为零的合力为零课堂练习课堂练习B