選修3-5182原子的核式結(jié)構(gòu)模型

18.2原子的核式結(jié)構(gòu)模型第十八章原子結(jié)構(gòu)東?？h白塔高級(jí)中學(xué)高二物理組電子是原子的組成部分，由于電子是帶負(fù)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(zhì)，幾乎占有原子的全部質(zhì)量。

me=9.109×10-31Kge=1.602×10-19C

歷史回顧J.J.湯姆孫，1857-1940，英國(guó)物理學(xué)家，電子的發(fā)現(xiàn)者。因通過(guò)氣體電傳導(dǎo)性的研究，測(cè)出電子的電荷與質(zhì)量的比值，1906年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。思考：那么，這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？電子正電荷他認(rèn)為：原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。有人形象地把湯姆孫模型稱(chēng)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(yùn)動(dòng)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(guó)劍橋?qū)W派，在原子物理學(xué)上所取得的這些驚人成就，使歐洲大陸上的物理學(xué)家都拜倒在他們的腳下。他的學(xué)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(xué)生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗(yàn)證湯姆孫原子模型。讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下盧瑟福吧！從經(jīng)典物理學(xué)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(huì)發(fā)光，能估計(jì)出原子的大小約為10ˉ1om。1895年在新西蘭大學(xué)畢業(yè)后，獲得英國(guó)劍橋大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，成為湯姆孫的研究生。提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型，為原子結(jié)構(gòu)的研究做出很大的貢獻(xiàn)。

1898年，在湯姆孫的推薦下，擔(dān)任加拿大麥吉爾大學(xué)的物理教授。

1907年返回英國(guó)出任曼徹斯特大學(xué)的物理系主任。1908年因?qū)Ψ派浠瘜W(xué)的研究榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1919年接替退休的湯姆孫，擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任，1925年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)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(gè)手工業(yè)工人家庭。并在新西蘭長(zhǎng)大。他進(jìn)入新西蘭的坎特伯雷學(xué)院學(xué)習(xí)。23歲時(shí)獲得了三個(gè)學(xué)位（文學(xué)學(xué)士、文學(xué)碩士、理學(xué)學(xué)士）。主要科學(xué)成就1、他關(guān)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(kāi)辟原子物理學(xué)做了開(kāi)創(chuàng)性的工作。2、1909年起，盧瑟福根據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出原子核式結(jié)構(gòu)模型。把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，被譽(yù)為原子物理學(xué)之父。3、1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。

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

1909～1911年，英籍物理學(xué)家盧瑟福和助手們進(jìn)行了用α粒子轟擊原子的實(shí)驗(yàn)。二.α粒子散射實(shí)驗(yàn)高速α粒子熒光屏α粒子：帶2個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量是氫原子的4倍。思考與討論：1、α粒子射入金箔時(shí)難免與電子碰撞。試估計(jì)與電子的碰撞對(duì)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(gè)原子球體內(nèi)部。請(qǐng)分析：α粒子穿過(guò)金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進(jìn)的可能性較大，最不可能沿什么方向前進(jìn)。3、試畫(huà)出α粒子穿過(guò)湯姆孫棗糕模型的圖景。1、電子質(zhì)量很小，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；2、由于正電荷均勻分布，α粒子所受庫(kù)侖力也很小，故α粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大．盧瑟福根據(jù)他的導(dǎo)師湯姆孫模型估測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)1、絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，2、但少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，3、有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°。盧瑟福對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果感到十分驚奇，他說(shuō)：“它好比你對(duì)一張紙發(fā)射子彈，結(jié)果子彈被反彈回來(lái)而打到自己身上……”α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：湯姆遜棗糕原子模型無(wú)法解釋此現(xiàn)象?。?！散射角15o30o45o60o75o105o120o150o閃爍數(shù)13200078001435477211695133思考：原子中的質(zhì)量和正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？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(zhuǎn)：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(zhì)量很大，電量集中。1、在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．2、原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里．3、帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)．三、原子的核式結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(wàn)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(zhuǎn)所需向心力就是核對(duì)它的庫(kù)侖力。B課堂練習(xí)

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