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1、电子的发现与原子的核式结构模型,1、物质结构的早期探究,(1)我国西周时期的五行说：金、木、水、火、土,大千世界（宇宙）是由什么构成的？,(2)古希腊的亚里士多德认为：万物的本质是土、水、火、空气4种“元素”，天体则由第五种元素以太构成,(3)古希腊学者德谟克利特等人认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，这个实体叫做“原子”，原子密不可分，这些原子在虚空中运动，并可按照不同的方式重新结合或分散。,(4)我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成,(5)1661年，玻意耳以化学实验为基础建立科学的元素论，认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素，各种元素存在着不同的
2、原子。,(6)19世纪初，道尔顿提出原子论。,(7)1811年，阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成。,宏观物质的化学性质决定于分子，分 子则由原子构成,原子是构成物质的不可分再分的最小颗粒,原子真的不可再分了吗？,8,早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。,1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极射线,2、电子的发现,阴极射线是什么呢？,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙J.J Thomson1857 1940英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 1894德国,认为阴极射线是一种“电磁波
3、”,认为阴极射线是一种“高速粒子流”,PK,重走科学探索路,英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始研究，对阴极射线进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。,实验验证,1.当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？,问题1：阴极射线带电吗？,带负电,为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采取什么措施？,思考:,在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件 时，则阴极射线不发生偏转，则：,带电粒子的电荷量与其质量之比比荷q/m，是一个重要的物理量。根据带电粒子
4、在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。,问题2：阴极射线中带电粒子的比荷？,(1)、带电粒子在电场中的偏转模型,萤幕,P2,阴极射线打在屏上的P2点，只要测出粒子打到屏上的速度方向（与水平方向的夹角）由图可知：,(2)、带电粒子在磁场中偏转模型,实验结论,1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。,说明：汤姆孙发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值是相同的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量，证明它的大小与氢离子大致相同，根据它与氢离子的比荷推知，该粒子的质量比氢离子小得多。后来阴极射线的
5、粒子被称为电子电子发现的意义：电子的发现，打破了原子不可再分传统观念，使人们意识到原子不是组成物质的最小微粒，电子是原子的组成部分。,密立根(美国)Robert A.Millikan1868年1953年,正离子的轰击,紫外线照射,放射性物质,电子,金属受热,阴极射线 Cathode ray,J.J 汤姆孙J.J Thomson1857 1940英国,赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 1894德国,认为阴极射线是一种“电磁波”,认为阴极射线是一种“高速粒子流”,我看到的是：它在电场中不偏转，因此不带电它能穿透薄铝片 粒子是做不到的 但波可以!,我用实验证明了:带负电，且电荷量与质子相
6、同速度远小于电磁波传播速度质量是最轻的原子 1/2000 左右,WIN,带负电，且电荷量与质子相同 速度远小于电磁波传播速度质量是最轻的原子 1/2000 左右,原子的核式结构模型,电子,正电荷,汤姆孙认为：原子是一个球体；正电荷均匀分布在整个球内，而电子都象布丁中的葡萄干那样镶嵌在内。,一、汤姆孙的原子模型,“枣糕模型”能够定性解释原子光谱。,“枣糕模型”,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粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。,从经典物理
7、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。,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。,根据汤姆孙模型的计算：粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的，因为电子的质量不到粒子的1/7300，粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的
8、改变。正电荷又是均匀分布的，粒子穿过原子时，它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，粒子偏转的力就不会很大。事实真的如此吗？,二.粒子散射实验,1、绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,2、少数 粒子发生了较大的偏转,3、极少数粒子的偏转超过90,4、有的甚至几乎达到180,2.实验结果,卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，他说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上。”,3.实验分析,卢瑟福根据他的导师汤姆孙模型计算的结果：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
9、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！,1、绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,2、少数 粒子发生了较大的偏转,3、极少数粒子的偏转超过90,4、有的甚至几乎达到180,第一条现象说明，原子中绝大部分是空的；,第二、三现象可看出，粒子受到较大的库仑力作用；,第四条现象可看出，粒子在原子中碰到了比他质量大的多的东西,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,粒子穿过原子时，
10、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,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：,质子,中子,核子,质子数,电荷数,原子核的组成,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10年后被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认,电荷数 Z=质子数=原子序数,质量数 A=核子数=质子数+中子数,同位素：质子数相同而中子数不同的原子，叫同位素。其原子的核外电子都相同，因而化学性质相同，但物理性质不同。,元素符号表示：,课堂小结:,粒子散射实验现象及卢瑟福提出原子的核式结构模型:,
