選修3-5182原子的核式結構模型

18.2原子的核式結構模型第十八章原子結構東海縣白塔高級中學高二物理組電子是原子的組成部分，由于電子是帶負電的，而原子又是中性的，因此推斷出原子中還有帶正電的物質，幾乎占有原子的全部質量。

me=9.109×10-31Kge=1.602×10-19C

歷史回顧J.J.湯姆孫，1857-1940，英國物理學家，電子的發(fā)現(xiàn)者。因通過氣體電傳導性的研究，測出電子的電荷與質量的比值，1906年獲諾貝爾物理學獎。思考：那么，這兩種物質是怎樣構成原子的呢？電子正電荷他認為：原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”。電子等間隔地排列在與正電球同心的圓周上，并以一定的速度做圓周運動從而發(fā)出電磁輻射，原子光譜所反映的就是這些電子的輻射頻率。一.湯姆孫的原子模型以湯姆孫為首的英國劍橋學派，在原子物理學上所取得的這些驚人成就，使歐洲大陸上的物理學家都拜倒在他們的腳下。他的學生盧瑟福也接受了湯姆孫的原子模型，1909年盧瑟福建議其學生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗證湯姆孫原子模型。讓我們來認識一下盧瑟福吧！從經(jīng)典物理學的角度看，湯姆孫的模型是很成功的。解釋原子是電中性的，電子在原子里是怎樣分布的，解釋原子為什么會發(fā)光，能估計出原子的大小約為10ˉ1om。1895年在新西蘭大學畢業(yè)后，獲得英國劍橋大學的獎學金進入卡文迪許實驗室，成為湯姆孫的研究生。提出原子結構的核式模型，為原子結構的研究做出很大的貢獻。

1898年，在湯姆孫的推薦下，擔任加拿大麥吉爾大學的物理教授。

1907年返回英國出任曼徹斯特大學的物理系主任。1908年因對放射化學的研究榮獲諾貝爾化學獎。

1919年接替退休的湯姆孫，擔任卡文迪許實驗室主任，1925年當選為英國皇家學會主席，1931年受封為納爾遜男爵，1937年10月19日因病在劍橋逝世，與牛頓和法拉第并排安葬，享年66歲。歐內(nèi)斯特·盧瑟福1871年8月30日生于新西蘭納爾遜的一個手工業(yè)工人家庭。并在新西蘭長大。他進入新西蘭的坎特伯雷學院學習。23歲時獲得了三個學位（文學學士、文學碩士、理學學士）。主要科學成就1、他關于放射性的研究確立了放射性是發(fā)自原子內(nèi)部的變化。為開辟原子物理學做了開創(chuàng)性的工作。2、1909年起，盧瑟福根據(jù)a粒子散射實驗現(xiàn)象提出原子核式結構模型。把原子結構的研究引上了正確的軌道，被譽為原子物理學之父。3、1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實驗，從而發(fā)現(xiàn)了質子。

4、用粒子或γ射線轟擊原子核來引起核反應實現(xiàn)人工核反應，成為人們研究原子核和應用核技術的重要手段。桃李滿天下在盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學生和助手有多人獲得了諾貝爾獎金：1921年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學獎；1922年，盧瑟福的學生阿斯頓獲諾貝爾化學獎；1922年，盧瑟福的學生玻爾獲諾貝爾物理獎；1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎；1935年，盧瑟福的學生查德威克獲諾貝爾物理獎；1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎；1951年，盧瑟福的學生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾貝爾物理獎；1978年，盧瑟福的學生卡皮茨獲諾貝爾物理獎。

1909～1911年，英籍物理學家盧瑟福和助手們進行了用α粒子轟擊原子的實驗。二.α粒子散射實驗高速α粒子熒光屏α粒子：帶2個單位的正電荷，質量是氫原子的4倍。思考與討論：1、α粒子射入金箔時難免與電子碰撞。試估計與電子的碰撞對α粒子速度的影響。2、按照湯姆孫棗糕原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內(nèi)部。請分析：α粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進的可能性較大，最不可能沿什么方向前進。3、試畫出α粒子穿過湯姆孫棗糕模型的圖景。1、電子質量很小，對α粒子的運動方向不會發(fā)生明顯影響；2、由于正電荷均勻分布，α粒子所受庫侖力也很小，故α粒子偏轉角度不會很大．盧瑟福根據(jù)他的導師湯姆孫模型估測實驗結果：1、大角散射不可能在湯姆遜模型中發(fā)生,散射角大于3°的比1%少得多；2、散射角大于90°的幾率約為二.α粒子散射實驗1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進，2、但少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉，3、有極少數(shù)α粒子的偏轉超過了90°，有的甚至幾乎達到180°。盧瑟福對于上述實驗的結果感到十分驚奇，他說：“它好比你對一張紙發(fā)射子彈，結果子彈被反彈回來而打到自己身上……”α粒子散射實驗現(xiàn)象：湯姆遜棗糕原子模型無法解釋此現(xiàn)象?。?！散射角15o30o45o60o75o105o120o150o閃爍數(shù)13200078001435477211695133思考：原子中的質量和正電荷應如何分布，才有可能造成α粒子的大角度偏轉？為什么？①絕大多數(shù)粒子基本不偏移：表明：②少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉：表明：③極少數(shù)粒子被彈回：表明：原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。原子內(nèi)部有“核”存在。作用力很大，質量很大，電量集中。1、在原子中心有一個很小的核，叫原子核．2、原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里．3、帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉．三、原子的核式結構的提出

四、原子核的電荷與尺度根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計出原子核的大小。1）原子的半徑約為10-10m、原子核半徑約是10-15m，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。2）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。3）電子繞核旋轉所需向心力就是核對它的庫侖力。B課堂練習

1、在用α粒子轟擊金箔的實驗中，盧瑟福觀察到的α粒子的運動情況是（）A、全部α粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進B、絕大多數(shù)α粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進，少數(shù)發(fā)生較大偏轉，極少數(shù)甚至被彈回C、少數(shù)α粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉，甚至被彈回D、全部α粒子都發(fā)生很大偏轉2、盧瑟福α粒子散射實驗的結果（）A、證明了質子的存在B、證明了原子核是由質子和中子組成的C、說明原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核上D、說明原子的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運動C課堂練習3、當α粒子被重核散射時，如圖所示的運動軌跡哪些是不可能存在的（）BC課堂練習4、利用α粒子散射實驗，可以估算出（）A．原子核外電子大小 B．電子運動速度C．原子的大小 D．原子核的大小．D課堂練習5．在α粒子散射實驗中，