选修3-5 18.2原子的核式结构模型

18.2原子的核式结构模型第十八章原子结构东海县白塔高级中学高二物理组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=9.109×10-31Kge=1.602×10-19C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？电子正电荷他认为：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。有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“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马斯顿用α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10ˉ¹ºm。1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成为汤姆孙的研究生。提出原子结构的核式模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。1898年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1908年因对放射化学的研究荣获诺贝尔化学奖。1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任，1925年当选为英国皇家学会主席，1931年受封为纳尔逊男爵，1937年10月19日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。欧内斯特·卢瑟福1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、理学学士）。主要科学成就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粒子散射实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α粒子轰击氮核的实验，从而发现了质子。4、用粒子或γ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。桃李满天下在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福和助手们进行了用α粒子轰击原子的实验。二.α粒子散射实验高速α粒子荧光屏α粒子：带2个单位的正电荷，质量是氢原子的4倍。思考与讨论：1、α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计与电子的碰撞对α粒子速度的影响。2、按照汤姆孙枣糕原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内部。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿什么方向前进。3、试画出α粒子穿过汤姆孙枣糕模型的图景。73001mme1、电子质量很小，对α粒子的运动方向不会发生明显影响；2、由于正电荷均匀分布，α粒子所受库仑力也很小，故α粒子偏转角度不会很大．卢瑟福根据他的导师汤姆孙模型估测实验结果：1、大角散射不可能在汤姆逊模型中发生,散射角大于3°的比1%少得多；2、散射角大于90°的几率约为3500101二.α粒子散射实验1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，2、但少数α粒子发生了较大的偏转，3、有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°。卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，他说：“它好比你对一张纸发射子弹，结果子弹被反弹回来而打到自己身上……”α粒子散射实验现象：汤姆逊枣糕原子模型无法解释此现象！！！散射角15o30o45o60o75o105o120o150o闪烁数13200078001435477211695133思考：原子中的质量和正电荷应如何分布，才有可能造成α粒子的大角度偏转？为什么？①绝大多数粒子基本不偏移：表明：②少数粒子发生较大偏转：表明：③极少数粒子被弹回：表明：原子内部绝大部分是“空”的。原子内部有“核”存在。作用力很大，质量很大，电量集中。1、在原子中心有一个很小的核，叫原子核．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四、原子核的电荷与尺度根据卢瑟福的原子核式模型和α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。3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。B课堂练习1、在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（）A、全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进B、绝大多数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C、少数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D、全部α粒子都发生很大偏转2、卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A、证明了质子的存在B、证明了原子核是由质子和中子组成的C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动C课堂练习3、当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的（）BC课堂练习4、利用α粒子散射实验，可以估算出（）A．原子核外电子大小B．电子运动速度C．原子的大小D．原子核的大小．D课堂练习5．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．α粒子不跟电子发生相互作用．B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略．C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰．D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零．B课堂练习