第十一章探索原子的奥秘.doc

一、教学目的：1掌握X射线、放射性、电子的发现过程；2掌握原子结构理论的基本模型； 二、教学方法：以课堂讲授为主结合课堂讨论三、教学手段： 采用多媒体授课四、学时分配：1学时五、重点、难点： 重点：原子结构理论的基本模型六、思考（作业）：1在探索原子的奥秘的道路上有哪些科学家为此做出了贡献?2. 你是如何看待“科学有险阻,苦战能过关”的?七、辅导安排 随堂辅导八、教学内容：第十一章 探索原子的奥秘人类对原子结构的认识，经历了漫长而曲折的道路。在这个过程中，许多著名科学家进行了“接力赛”他们前扑后继，苦心探寻，终于揭开了原子的奥秘。在19世纪快要结束的时候，物理学上出现了使科学家们感到十分惊讶的三大发现：1895年12月28日德国物理学家伦琴(1845一l 923)发现了X射线；1896年法国物理学家贝克勒尔(18521908)发现了放射性;1897年英国物理学家汤姆生(18591940)发现了电子。物理学上这三大发现，最终使人类打开了原子的大门一、X射线的发现x射线，因为是伦琴发现的，所以也叫“伦琴射线”。现代医学用它来透视人体，诊断疾病。这种使人类获得重大利益的射线的发现是在一次科学的机遇中完成的。1895年l 2月的一天，伦琴正用克鲁克斯管做实验，他偶然在附近放了一包密封的照像底片，事后，他发现底片感光了。“这是怎么回事?” “密封的底片为什么会在射线管旁边感光呢?”伦琴思考着。伦琴是一个观察敏锐的人，他心细而善于思考问题，他对这样一个怪现象不是轻易地放过，而是采取了极为严肃的态度。伦琴把用很厚的纸多层包裹好的新底片对准克鲁克斯管进行实验。他惊异地发现，胶片又感光了。经多次重复实验，结果都一样，所以他断定：阴极射线管会发出一种具有穿透力的射线，这种射线肉眼看不见，但是能用实验装置测试到。伦琴在极困难的条件下，对他发现的新射线又做了系统的研究。他发现，这种新射线穿透力很强，它能穿过人的衣服、肌肉，但不能穿过骨骼。伦琴在做实验时，无意中用手去遮挡射线，他在屏幕上看到了自己的手，手的肌肉和皮肤部分轮廓微弱、模糊，但骨骼的线条却非常清晰，他试着弯弯手指，握握拳头，屏幕上的手也跟着动作。伦琴高兴极了，他首先用这种射线拍下了他夫人的手的照片，这是一只纤细的手，透明的手，手的小指上还带着一只戒指，看到这张照片的科学家无不大吃一惊。1901年，诺贝尔奖第一次颁发时，瑞典皇家科学院决定把首次诺贝尔物理学奖授给伦琴。此后，“伦琴射线”就广泛地进入了人类的社会生活。 伦琴，1845年3月27日生于德国的雷姆沙伊德 ,后来曾到荷兰和瑞士接受高等教育。1870年以后，他在德国乌兹堡大学物理实验室担任助教。此后，他就正式开始了科学生涯，他一生贡献极多，曾经获得许多荣誉,获诺贝尔奖后，他把奖金全部献出，用于乌兹堡大学的科学研究。1923年2月10日，伦琴在慕尼黑逝世，终年78岁。伦琴射线发现以后的第二年，放射性就发现了。二.放射性的发现法国物理学家贝克勒尔在1896年对一种名叫硫酸钾铀酰的荧光物质进行研究。他原来是想研究一下，这种物质是否会放射出伦琴发现的X射线。他把这种物质放在用黑纸包好的照像底片上，用阳光来照射，想让阳光中的紫外线来激发荧光。如果激发出的荧光含有X射线，就会穿透黑纸使照相底片感光。这样做之后，他发现底片感光了。起初，他以为荧光中真含有X射线。但是说来也巧，有一次他本来还继续做实验，但遇上了阴雨天，使实验无法进行,他便把上面放着几块荧光物的照相底片放在抽屉里。但一连几天，天气也不晴。他在1896年3月1日，试着把底片冲洗出来，想看看有没有新情况，结果却使他大吃一惊，照相底片照常感光了，而且感光的强度很大。此后，他又经多方实验证明；底片感光是硫酸钾铀酰中的铀造成的，终于发现了铀的放射性。后来，人们为了纪念贝克勒尔，把放射性现象叫做贝克勒尔现象，我们前面提到过的居里夫妇，就是通过研究贝克勒尔现象而发现放射性元素钋和镭的。后来，人们在贝克勒尔发现的基础上进一步研究才知道，放射性物质可以放射出、三种射线，射线是带两个正电荷的氦核的粒子流；射线是高速电子流；射线是波长比X射线更短的电磁辐射。贝克勒尔因发现了放射性现象而获得了1903年诺贝尔物理学奖，并获得了许多其他荣誉。贝克勒尔1852年12月15日出生在法国巴黎，他早年学习桥梁建筑学，并得到了工程师的资格。后来改行研究物理，1888年获得了博士学位。第二年就进入了法国科学院。1895年担任了法国工业大学物理教授。1908年任法国科学院院长，1908年8月25日逝于不列塔尼施皇家的行宫里， 终年56岁。他的逝世 ，不仅是由于疾病的不幸，而且也受到一定程度放射性的伤害。放射性发现的第二年，即1897年，汤姆生经过实验发现了电子.三.电子的发现英国物理学家汤姆生对阴极射线进行了大量的实验研究，他证明，阴极射线不仅能被磁铁吸引而偏向正极，同时它还能被电荷所偏转。最后他确定：阴极射线是一种带负电的粒子流。他巧妙地测定出阴极射线在磁场和电场中的偏离度，求出了这种粒子的电荷数和质量数的比值，这个比值在科学上叫做荷质比，即电荷e质量m，当时汤姆生求得的荷质比约为氢离子荷质比的两千倍，因而他推知，这种粒子的质量约为氢原子质量的二千分之一.后来，汤姆生又用各种金属作阴极的材料，他发现粒子的荷质比是个常数，因而他断定，这种粒子是各种金属材料的基本组成部分，并进一步证明了它是一切化学元素原子的组成部分，汤姆生给这种粒子起了个名字，叫做“电子”这样，电子就被发现了。X射线、放射性和电子的发现，否定了原子不可分,元素永不变的传统思想，从而使人类的认识大踏步地向微观领域进军，推动了人们对原子结构的研究。原子既然是可分的那它的结构又是什么样的呢?四.原子结构理论模型：1904年汤姆生“葡萄干蛋糕（西瓜）”模型1911年卢瑟福“行星”模型1913年玻尔量子化轨道模型师生三代1.汤姆生“葡萄干蛋糕（西瓜）”模型 整个原子象一块蛋糕,糕体是带正电的“原子球”,电子好象嵌在这块蛋糕中的葡萄干.2.卢瑟福原子结构模型卢瑟福生平：1871年生于新西兰一农家1894年在新西兰坎特伯雷学院读大学时研究电磁学而获得进入卡文迪许实验室的奖学金“这是我挖的最后一个马铃薯！”1895年10月到剑桥大学三一学院跟汤姆生读研究生1907年指导研究生盖革、马斯登进行了著名的-粒子散射实验大教育家1937年去世.卢瑟福(ERutherford，18711937)经过大量的研究工作, 在1911年提出了原子结构的“行星模型”。行星模型：原子有一个很硬很小带正电的核，这个核在原子的中心，电子带的负电和核带的正电相等，电子绕核运转,这就好象行星绕着太阳运转一样。随着科学的发展，卢瑟福的原子模型暴露了缺点,例如，它不能解释光谱的不连续性等等。3.玻尔的原子结构模型卢瑟福的学生，丹麦物理学家玻尔(NHDBohr，18851962)经过大量的研究又提出了原子结构的玻尔模型。他认为电子绕核运动是沿着一系列的不连续的轨道进行,电子在这些特定能量状态运动时,并不辐射能量.只有当电子从一个较大能量的定态En,跃迁到一个较低能量定态Ek时,原子才发出单色光.即在原子中,电子只能在一些特定的轨道上绕核做圆周运动.玻尔生平:玻尔1885年10月7日生于丹麦哥本哈根的乔治王公馆，7岁上学， 1903年高中毕业，随即考入了丹麦唯一的一所大学哥本哈根大学学习物理。1907年获得了学士学位，当时他年仅22岁。同年，他的论文还荣获了丹麦皇家科学院的金质奖章。1909年又获得了哥本哈根大学硕士学位，1911年又获得了博士学位。获得博士学位以后，他就到了英国的剑桥,跟着电子的发现人汤姆生学习1913年，他写了三篇学术论文，经卢瑟福推荐，发表在著名的哲学杂志上。1914年，他应卢瑟福的邀请到英国主持“舒斯特讲座”并和卢瑟福共同搞研究工作，在玻尔的科学道路上，卢瑟福对他帮助最大。1915年，玻尔回到哥本哈根，担任了物理学教授，第二年被选为丹麦皇家科学文学院院士。后来，他曾多次应邀到荷兰和德国讲学.1922年6月，玻尔赴德国哥廷根大学讲学，同年他荣获了诺贝尔物理学奖.此后,被选为柏林科学院的荣誉院士和英国科学知识普及会和物理学会的荣誉会员,他也是中国人民的好朋友，1932年曾来中国讲学，受到当时中国学术界的热烈欢迎。1962年11月18日，玻尔逝于哥本哈根的寓所，终年77岁。4.建立在量子力学基础上的原子结构模型微观化学粒子的运动到底是什么样的呢?这个问题由于量子力学和量子化学的建立而得到了解决。由于德布洛依(1892一) 1924 年建立了物质波理论。后来经过德国年轻物理学家海森堡(19011976)、英国物理学家狄拉克(1902一)、奥地利物理学家薛定鄂( 1887一1961)等人的共同努力