18.2-原子的核式结构模型概述优秀PPT.ppt

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1、2 2.原子的核式结构模型原子的核式结构模型第十八章第十八章 原子结构原子结构公园前400多年古希腊宏大的唯物主义哲学家德谟克利特，提出“万物的本源是原子和虚空”，原子是不行再分的微粒，虚空是原子运动的场所。直到18世纪初期，英国化学家道尔顿创立原子学说。继承古希腊“朴实原子论”和牛顿“微粒说”，提出原子学说：物质世界的最小单位是原子，原子是一个实心球体，不行被分割的。汤姆孙通过阴极射线试验，发觉了阴极射线是带负电的粒子，命名为电子。在这之前，元素周期表已经为人们所熟知，知道氢原子是质量最轻的原子，试验测得的电子的荷质比是氢离子的荷质比的近2000倍。汤姆孙认为电子的电荷量与氢离子的电荷量是一

2、样的，得出氢离子的质量是电子质量的2000倍左右，所以汤姆孙就认为电子是原子的组成成分。后来密立根测出了电子电量，验证了汤姆孙的猜想是正确的。在汤姆孙发觉电子之后，对于原子中正、负电荷如何分布的问题，出现了很多的见解，其中比较引人留意的是1898年汤姆孙提出了“枣糕模型”或叫“西瓜模型”,他认为电子应当像枣子一样镶嵌在糕点上，这个模型后在1903、1907年又进一步被完善，汤姆孙模型在说明元素周期性方面取得了确定的成功。1909年他的学生卢瑟福想验证这种模型的精确性，他和他的学生盖革-马斯顿一起做粒子散射试验，今日我们要重点学习的粒子散射试验，这个试验在2005年9月份出版的物理学世界评比的“

3、十大最美物理试验”之一，用最简洁的试验和设备获得最根本、最干脆、最精确的科学结论!电子是原子的组成部分，电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有正电的物质，几乎占有原子的全部质量。原子的全部质量。me=9.10910-31Kge=1.60210-19C历历史史回回顾顾J.J.J.J.汤姆孙，汤姆孙，1857-19401857-1940，英国物，英国物理学家，电子的发觉者。理学家，电子的发觉者。因通过气体电传导性的探讨，测因通过气体电传导性的探讨，测出电子的电荷与质量的比值，

4、出电子的电荷与质量的比值，19061906年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。思索：那么，这两思索：那么，这两种物质是怎样构成种物质是怎样构成原子的呢？原子的呢？电子正电荷正电荷原子是一个球体，里面充溢了匀原子是一个球体，里面充溢了匀整分布的带正电的流体，电子镶整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，所以又被人在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为们称为“枣糕模型枣糕模型”。电子等间隔地排列在与正电球同电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以确定的速度做心的圆周上，并以确定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原圆周运动从而发出电磁

5、辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。辐射频率。一一.汤姆孙的原子模型汤姆孙的原子模型以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上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所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学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家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的

6、脚下。他的学生卢瑟福也接受了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，19091909年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用兼助手盖革和马斯顿用兼助手盖革和马斯顿用兼助手盖革和马斯顿用 粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去验证验证验证验证汤姆汤姆汤姆汤姆孙原子模型。孙原子模型。孙原子模型。孙原子模型。让我们来相识一下卢瑟福吧！让我们来相识一下卢瑟福吧！从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。说说明原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布

7、的，说明原明原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，说明原子为什么会发光，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。米。1895年在新西兰高校毕业后，获得英年在新西兰高校毕业后，获得英国剑桥高校的奖学金进入卡文迪许试国剑桥高校的奖学金进入卡文迪许试验室，成为汤姆孙的探讨生。提出原验室，成为汤姆孙的探讨生。提出原子结构的核式模型，为原子结构的探子结构的核式模型，为原子结构的探讨做出很大的贡献。讨做出很大的贡献。1898年，在汤姆孙的举荐下，担当加年，在汤姆孙的举荐下，担当加拿大麦吉尔高校的物理教授。拿大麦吉尔高校的物理教授。1907年返回英国出任曼

8、彻斯特高校的年返回英国出任曼彻斯特高校的物理系主任。物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担当卡文年接替退休的汤姆孙，担当卡文迪许试验室主任。迪许试验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵。年受封为纳尔逊男爵。1937年年10月月19日因病在剑桥逝世，与日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。岁。欧内斯特欧内斯特卢瑟福卢瑟福1871年年8月月30日生于新西日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷他进入新西兰的坎特伯

9、雷学院学习。学院学习。23岁时获得了三个学位岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、（文学学士、文学硕士、理学学士）。理学学士）。科学成就科学成就1.他关于放射性的探讨确立他关于放射性的探讨确立了放射性是发自原子内部了放射性是发自原子内部的变更。为开拓原子物理的变更。为开拓原子物理学做了开创性的工作。学做了开创性的工作。2.1909年起，卢瑟福依据年起，卢瑟福依据a粒子散射试验现象提出原粒子散射试验现象提出原子核式结构模型。把原子子核式结构模型。把原子结构的探讨引上了正确的结构的探讨引上了正确的轨道，被誉为原子物理学轨道，被誉为原子物理学之父。之父。3.1919年，卢瑟福做了用年，卢瑟福做了用

10、粒子轰击氮核的试验，从粒子轰击氮核的试验，从而发觉了质子。而发觉了质子。4.用粒子或用粒子或射线轰击原子射线轰击原子核来引起核反应实现人工核来引起核反应实现人工核反应，成为人们探讨原核反应，成为人们探讨原子核和应用核技术的重要子核和应用核技术的重要手段。手段。桃李满天下桃李满天下在卢瑟福的悉心培育下，在卢瑟福的悉心培育下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：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；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；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

11、物理奖；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；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年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；奖；1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同共同获得诺贝尔物理奖；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。年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。二二.粒子散射试验粒子散射试验1.1.试验装置试验装置放射源放射源放射源放射源放射性放射

12、性放射性放射性元素钋（元素钋（元素钋（元素钋（PoPo）放出）放出）放出）放出 粒子，粒子，粒子，粒子，粒子粒子粒子粒子 是氦核，是氦核，是氦核，是氦核，带带带带2e2e正电荷，质量是正电荷，质量是正电荷，质量是正电荷，质量是氢原子的氢原子的氢原子的氢原子的4 4倍，具有倍，具有倍，具有倍，具有较大的动能。较大的动能。较大的动能。较大的动能。金箔金箔金箔金箔作为靶子，作为靶子，作为靶子，作为靶子，厚度厚度厚度厚度1m,1m,重叠了重叠了重叠了重叠了30003000层左右的层左右的层左右的层左右的 金原金原金原金原子。子。子。子。荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏粒子打粒子打粒子打粒子打在上面发出闪光。在

13、上面发出闪光。在上面发出闪光。在上面发出闪光。显微镜显微镜显微镜显微镜通过显通过显通过显通过显微镜视察闪光，且微镜视察闪光，且微镜视察闪光，且微镜视察闪光，且可可可可360360转动视察不同转动视察不同转动视察不同转动视察不同角度角度角度角度 粒子的到达状粒子的到达状粒子的到达状粒子的到达状况。况。况。况。二二.粒子散射试验粒子散射试验2.试验现象试验现象绝大多数绝大多数粒子穿过粒子穿过金箔后仍沿原来方向金箔后仍沿原来方向前进，前进，少数少数粒子（约占粒子（约占8000分之一）发生了分之一）发生了较大的偏转，较大的偏转，极少数极少数粒子的偏转粒子的偏转超过了超过了90，有的甚，有的甚至几乎被撞

14、了回来。至几乎被撞了回来。二二.粒子散射试验粒子散射试验卢瑟福对于上述试验的结果感到特殊惊异，卢瑟福对于上述试验的结果感到特殊惊异，他说：他说：“这是我一生中从未有的最难以置信这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸放射炮弹，结果被的事，它好比你对一张纸放射炮弹，结果被发弹回来而打到自己身上。发弹回来而打到自己身上。”3.试验分析试验分析思索：为什么会这样说？汤姆逊枣思索：为什么会这样说？汤姆逊枣糕原子模型能否说明这种现象？糕原子模型能否说明这种现象？二二.粒子散射试验粒子散射试验（1）粒子出现大角度散射）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞有没有可能是与电子碰撞后造成的？后造

15、成的？（2）依据枣糕模型，粒子）依据枣糕模型，粒子出现大角度散射有没有可出现大角度散射有没有可能是原子中正电荷造成的能是原子中正电荷造成的？请你来回答吧！请你来回答吧！二二.粒子散射试验粒子散射试验卢瑟福依据他的导师汤姆生模型计算的结果：卢瑟福依据他的导师汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷匀整分布，由于正电荷匀整分布，粒子所受库仑力也很小，散射角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不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零试验结果与之前预料完全不一样，所试验结果与

16、之前预料完全不一样，所以原子结构模型必需重新构思以原子结构模型必需重新构思!试验结果却是有八千分之一的粒子发生了大试验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转角度偏转！卢瑟福思索卢瑟福思索 1 1微米厚的金箔内含微米厚的金箔内含30003000层原子层原子层，绝大多数层，绝大多数粒子穿过金箔仍粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？少数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粒子的大角度偏转甚至反弹是怎么造成的？么造成的？在在原原子子的的中中心心有有一一个个很很小小的的核核，叫叫做做原原子子核核。原原子子的的全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量都都集集中中在在原原子子核

17、核里里，带带负负电电的的电电子子在在核核外外空空间围着核旋转。间围着核旋转。三三.原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 1.原子的核式结构模型原子的核式结构模型粒粒子子穿穿过过原原子子时时，电电子子对对粒粒子子运运动动的的影影响响很很小小，影影响响粒粒子子运运动动的的主主要要是是带带正正电的原子核。电的原子核。而而绝绝大大多多数数的的粒粒子子穿穿过过原原子子时时离离核核较较远远，受受到到的的库库仑仑斥斥力力很很小小，运运动动方方向向几几乎乎没没有有变变更更，只只有有极极少少数数粒粒子子可可能能与与核核特特殊殊接接近近，受受到到较较大大的的库库仑仑斥斥力力，才才会会发发生生大大角角度度的的偏

18、偏转转。三三.原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 2.对对粒子散射试验现象粒子散射试验现象说明说明依据卢瑟福的原子核式模型和依据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的粒子散射的试验数据，可以推算出各种元素原子核的试验数据，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。电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1 1）原子的半径约为）原子的半径约为10-10m10-10m、原子核半径、原子核半径约是约是10-15m10-15m，原子核的体积只占原子的体，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。积的万亿分之一。（2 2）原子核所带正电荷数与核外电子数以）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该

19、元素在周期表内的原子序数相等。及该元素在周期表内的原子序数相等。四四.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度 依据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是特殊依据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是特殊“空旷空旷”的，举一个简洁的的，举一个简洁的例子：露珠和体育场例子：露珠和体育场体育场体育场原子原子原子核原子核四四.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度 1 1、在用、在用粒子轰击金箔的试验中，卢瑟福粒子轰击金箔的试验中，卢瑟福视察到的视察到的粒子的运动状况是（粒子的运动状况是（）A.A.全部全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进前进 B.B.绝大多数绝大多数粒子穿过金属箔后仍

20、按原来的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，极少数甚至被方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回弹回 C.C.少数少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向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，甚至被弹回前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D.D.全部全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转B课堂练习课堂练习2 2、卢瑟福、卢瑟福粒子散射试验的结果（粒子散射试验的结果（）A A、证明白质子的存在、证明白质子的存在B B、证明白原子核是由质子和中子组成的、证明白原子核是由质子和中子组成的C C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中、说明原子的全部正电荷和

21、几乎全部质量都集中在一个很小的核上在一个很小的核上D D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动动C课堂练习课堂练习3、当、当粒子被重核散射时，如图所示的运动粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不行能存在的（轨迹哪些是不行能存在的（）课堂练习课堂练习BC4 4、利用、利用粒子散射试验，可以估算出（粒子散射试验，可以估算出（）A A原子核外电子大小原子核外电子大小B B电子运动速度电子运动速度C C原子的大小原子的大小D D原子核的大小原子核的大小课堂练习课堂练习D5在在粒子散射试验中，没有考虑粒子散射试验中，没有考虑粒子跟电子粒子跟电子的碰撞，其缘由是（的碰撞，其缘由是（）A粒子不跟电子发生相互作用粒子不跟电子发生相互作用B粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽视视C电子的体积很小，电子的体积很小，粒子不会跟电子相碰粒子不会跟电子相碰D由于电子是匀整分布的，由于电子是匀整分布的，粒子所受电子作用粒子所受电子作用的合力为零的合力为零课课堂堂练练习习B