二、原子与原子核的结构.ppt

原子与原子核的结构,电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，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。me=9.10910-31Kge=1.60210-19C,历史回顾,J.J.汤姆孙，1857-1940，英国物理学家，电子的发现者。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，1906年获诺贝尔物理学奖。,思考：那么，这两种物质是怎样构成原子的呢？,电子,原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。,一.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了汤姆孙的原子模型，1909年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和罗斯顿用粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。,让我们来认识一下卢瑟福吧！,从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。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厘米。,科学成就1、他关于放射性的研究确立了放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。2、1909年起，卢瑟福根据a粒子散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道，被誉为原子物理学之父。3、1919年，卢瑟福做了用粒子轰击氮核的实验，从而发现了质子。4、用粒子或射线轰击原子核来引起核反应实现人工核反应，成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。,二.粒子散射实验,1.实验装置,放射源放射性元素钋（Po）放出粒子，粒子是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。金箔作为靶子，厚度1m,重叠了3000层左右的金原子。荧光屏粒子打在上面发出闪光。显微镜通过显微镜观察闪光，且可360转动观察不同角度粒子的到达情况。,思考：如果原子的结构确实如汤姆生所假设的葡萄干布丁模型，用粒子轰击原子应得到怎样的结果？,根据汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，粒子所受库仑力也很小，故粒子偏转角度不会很大,二.粒子散射实验,2.实验现象,绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数粒子（约占8000分之一）发生了较大的偏转，极少数粒子的偏转超过了90，有的甚至几乎被撞了回来。,二.粒子散射实验,卢瑟福根据他的导师汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，粒子所受库仑力也很小，散射角不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零,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!,实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转！,3.实验分析,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？,1.在原子的中心有一个很小的核，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核里3.带负电的电子在核外空间绕着核旋转,三.原子的核式结构的提出,1.原子的核式结构模型,粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。,三.原子的核式结构的提出,2.对粒子散射实验现象解释,1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认,质子,中子,核子,质子数,电荷数,根据卢瑟福的原子核式模型和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，还可以估计出原子核的大小。（1）原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。,四.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“空旷”的，举一个简单的例子：露珠和体育场,体育场,原子,四.原子核的电荷与尺度,【但是】人们很快意识到卢瑟夫的有核模型同经典力学有很大的矛盾:,(1)按照经典力学，核外电子绕核运转，应辐射电磁波，因此电子会丧失能量逐渐落向原子核，因此原子不稳定。,(2)按经典力学，电子绕核运转，应辐射连续的电磁波，因此原子光谱是连续的。,这些矛盾导致了玻尔原子模型的提出。,实际上原子很稳定,实际上原子光谱是线状的（不连续）,玻尔原子模型：已踏在量子力学的门坎,1913年,玻尔对核外电子大胆地提出了具有历史意义的三点假设:,(1)电子绕核圆周运动，但不辐射电磁波。,(2)电子只在一些特定的轨道上运动。,(3)只有当电子从