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第四章 原子结构和波粒二象性
第3节 原子的核式结构模型
科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种未知射线称之为阴极射线。
19世纪, 对阴极射线本质的认识有两种观点：一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射, 代表人物赫兹；另一种观点认为阴极射线是带电微粒, 代表人物汤姆孙?。
一、电子的发现
1、英国物理学家汤姆孙的阴极射线实验
① K 产生阴极射线
② A、B 形成一束细细射线
③ D1、D2 之间加电场或磁场检测射线的带电性质
④ 荧光屏显示阴极射线到达的位置
气体放电管
实验发现：
① 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定其本质是带负电的粒子流。
② 汤姆孙还由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近2000倍。后来，汤姆孙还直接测到了阴极射线粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。
③ 汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的。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共有成分。
阴极射线的本质是电子
2、密立根油滴实验
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。
密立根实验发现：
电荷具有量子化的特征，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
电子的电荷量e=1.6022×10－19 C
电子的质量m=9.1094×10－31 kg
质子质量是电子质量的1836倍
汤姆孙发现电子的意义：
1889年4月30日，汤姆孙正式宣布发现电子。电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论。人们由此认识到，电子是原子的组成部分，原子并不是组成物质的最小微粒。1906年汤姆孙因对电子发现的突出贡献获得诺贝尔物理学奖。
发现电子以后， 汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热离子发射效应和β射线等。他发现，不论阴极射线、光电流、热离子流还是β射线，它们都包含电子。也就是说，不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子
【例1】(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是(　 AC 　)



A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转
C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转
D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转
【例2】下列是某实验小组测得的一组电荷量，那些是符合事实的（ BD ）
A. +3×10-19C
B. +4.8×10-19C
C. -3.2×10-26C
D .-4.8×10-19C
二、原子的核式结构模型
通过电子的发现人们知道：电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，质量很小，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有原子的全部质量。
对于原子中正负电荷如何分布的问题，科学家们提出了许多模型。其中汤姆孙本人于 1898 年提出了一种模型。
这个模型不久就被德国物理学家勒纳德实验和英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验事实否定了。
1. 汤姆孙的原子模型 —— 枣糕模型（西瓜模型）
汤姆孙认为：原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内, 电子镶嵌其中。
2. α粒子散射实验
粒子源发射α粒子，当α粒子打到金箔时，发生了α粒子的散射。被散射的 α 粒子打在荧光屏上会有微弱的闪光产生。通过显微镜观察闪光就可以记录在某一时间内向某一方向散射的 α 粒子数。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。
实验现象：
绝大多数α粒子运动方向不改变或发生很小的偏转
少数（1/8000）α粒子发生较大角度偏转
极少数偏转角度甚至超过90?，有的甚至几乎达到180°
对 α 粒子散射实验的解释：
① 大角度的偏转不可能是电子造成的
因为电子的质量只有 α 粒子的 1/7 300 ，它对 α 粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。
② α粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的
只有占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。
汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果
说明原子中绝大部分是空的
受到较大的库仑力作用
电量和质量分布范围很小，集中在一个核上
3. 卢瑟福的原子核式结构模型
1911 年，卢瑟福提出了原子核式结构模型：
①在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
②原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子
③带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
带电荷＋Ze 的核
核外电子（Z 个）
原子
质子
中子
（原子核）
原子核的符号:
????????????
?
X为元素符号
Z为质子数
A为质量数
三、原子核的电荷与尺度
1、原子核的电荷、电子数、原子序数
质子数( Z )＝核电荷数＝元素的原子序数＝核外电子数
质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数
2、原子核的尺度
通常用核半径表征核的大小。原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。 α 粒子散射是估计核半径的最简单的方法。
对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。
【例3】如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（ 　AC　 ）
A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些
C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多
D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
【练习1】在α 粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α 粒子的（ B ）
A. 万有引力 B. 库仑力
C. 磁场力 D. 核力
【练习2】图中，O点表示某原子核的位置，曲线ab和cd表示经过该原子核附近的α粒子的运动轨迹，正确的图是（　 D 　）
课堂小结
一、电子的发现
1. 汤姆孙发现电子
2. 密立根油滴实验测电子电量：e=1.602×10-19C
3. 密立根发现电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e 的整倍
4. 电子的质量：me=9.109×10-31kg
二、原子的核式结构模型
1. 卢瑟福通过a粒子散射实验提出核式结构模型
2. 在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
3. 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
4. 带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
三、原子核的电荷与尺度
1. 原子核所带正电荷数=核外电子数=该元素在周期表内的原子序数
2. 原子内十分空旷

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