探索更小的微粒

经过进一步的实验，卢瑟福提出了一个更完整 的原子模型：原子的中央是由很重
的带正电的质子构成的核。远 离这个核的是很轻的带负电的 电子。电子绕着核转，像行星 绕着太阳转一样。
原子核与原子相比太小了，将一万多个 原子核排成一条直线，也仅有原子的半径那 么长。如果将原子放大一万亿倍，原子就会 像一间大厅那么大，而其中的原子核直径也 仅有1毫米，跟一个芝麻差不多大小。而电 子却在离它们几十米之外的地方绕着它高速 旋转。 具体地说，原子重量几乎都集
在反复实验研究的基础上，卢瑟福于1911年公布 了他的原子模型构想：原子里有一个很重的中心，叫 做核。离核很远，绕着核飞快旋转的是电子，每一个 电子都在一种确定的轨道上运行着。电子的运行有各 种不同的速度。最外层的电子每秒大约走1000公里， 靠近核的每秒走近15万公里——光速的一半。 卢瑟福拿原子的结构跟太阳系比。他说，原子核 是原子的中心，正像太阳是太阳系的中心一样。电子 隔着很远的距离沿轨道绕着中心旋转，正像行星隔着 很远的距离沿着轨道绕着太阳旋转一样。 如果原子的大部分是一个空壳，这就说明了阿尔 法粒子为什么能够穿透金箔。
发现了电子和质子之后，人们开始猜测原子由电子 和质子组成，因为 粒子和 粒子都是从原子核里放射出来 的。但卢瑟福的学生莫塞莱（1887～1915）注意到，原子 核所带的正电数与原子序数相等，但原子量却比原子序数 大。这说明原子不只由质子和电子组成，它的质量将不够 的。因为电子的质量相比起来可以忽略不计。基于 此， 卢瑟福早在1920年就猜测可能还有一种电中性的粒子。
查德威克（1891~1974）J就在 卡文笛许实验室里寻找这种电中性粒子，他一直在设计一 种加速办法使质子获得高能，从而撞击原子核，以发现有 关中性粒子的证据。1929年他准备对铍原子进行轰击，因 为它在 粒子的撞击不产生质子，有可能分裂成两个 粒子 和一个中子。
与此同时，德国物理学家波特及其学生贝克尔已从1928 年开始，他们就在做对铍原子核轰击实验，结果发现，当 用 粒子轰击它时，它能发射出穿透力极强的射线，而且 该射线呈中性，但他们断定这是一种特殊的 射线，在法 国，居里夫人的女婿和女儿约里奥--居里夫妇也正在做类 似的实验，波特的结果一发表，就被他们进一步证实了， 但他们也误认为新射线是一种 射线。 1932年，见到德国和法国同行的实验结果后 ，查德威克意识到这种新射线很可能就是多年来苦苦寻找 的中子。他立即着手实验，花了不到一个月的时间，就发 表了《中子可能存在》的论文。他指出， 射线没有质量 ，根本就不可能将质子从原子核核里撞出来，只有那些与 质子质量大体相当的粒子才有这种可能。其次， 查德威 克用云室方法测量了中子的质量，还确证了中子确实是电 中性的。中子就这样被发现了。
分子
原子
(不带电)
电子
(带负电)
质子 中子
带正电 不带电
原子核
(带正电)
知道了原子的结构 再来解释摩擦起电现象
不同物质原子的原子核束缚 外围电子的本领不同，有的 强，有的弱。
用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒经过摩擦之后 就会失去电子，因为缺少电子从而带上正 电，而丝绸得到玻璃棒的电子因为多余电 子带负电；用毛皮去摩擦橡胶棒，橡胶棒 经过摩擦会得到电子，从而因多余电子带 负电，而毛皮失去了电子，从而因缺少电 子带正电 。 因为丝绸和玻璃棒相比，丝绸对电子的 束缚能力较强；毛皮和橡胶棒相比，橡 胶棒对电子的束缚能力较强一些
粒子的家谱
电子
(带负电)
分子
原子
(不带电)
质子 中子
夸克 夸克
原
原 子 核
中 字
夸 克
加速器
• 粒子加速器能使带电粒子增加速度。
eV称为电子伏，是高能物理学中常用的能量单位。
中在原子核上，而原子核的体积却仅占
在空间差不多仅有1立方厘米。因此，粒子在 物质中飞行和宇宙飞船在太空中航行差不多。
如果原子有核，那么原子核是由什么构成的呢？ 由于原子表现出电中性，核外电子带负电，所以原子 核它一定是带正电的，其带电量与核外电子所带负电 电量一样。1914年，卢瑟福用阴极射线轰击氢，结果 使氢原子的电子被打掉，变成了带正电的阳离子，它 实际就是氢原子核，卢瑟福推测，它就是人们以前所 发现的与阴极射线相对的阳极射线，他的电荷量为一 个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。 1919年，卢瑟福用加速了的高能 粒子轰击氧原子 ，结果发现有质子从氧原子核中被打出，而氧原子也 变成了氮原子，这可能是人类第一次真正将一种元素 变成另一种元素，到1924年，卢瑟福已经从许多种轻 元素的原子核中打出了质子，进一步证实了质子的存 在。
电子的发现
对原子内部结构的认识是20世纪最伟大的 发现之一，这是从1897年英国物理学家J.J. 汤姆生发现电子开始的。电子的发现是和 阴极射线的实验研究联系在一起的
电子带负电
原子内部的结构是什么样子的？
原子的核式结构模型的发现
• α粒子碰到了比电子、比 α粒子更重的带电粒子。 大部分a粒子没有没有改 变方向，一些a粒子由于 电荷的原因偏离了原来 的方向。但是有极少数 与原来方向相反。除非 原子的大部分质量和电 荷集中到一个很小的核 上，否则大角度的散射 是不可能的。
1964年，盖尔曼提出夸克模型。经逐步完 善的夸克模型包括六种夸克：上夸克、下夸克、 粲夸克、奇异夸克、顶夸克（或称真夸克，直 到1995年，才由费米实验室确认找到）、底夸 克（或称美夸克）。 正是这些夸克和轻子构成了物质。过去或现在 的宇宙中所有的东西，都可以由它们来制造。 而如果只关注我们周围熟悉的大千世界，则只 要有第一代基本粒子（上夸克、下夸克、电中 微子、电子）就足够了：上、下夸克组成了质 子和中子，它们构成了原子核；原子核加上电 子，就可以组成各式各样的原子，最多再加上 各种反应中必不可少的中微子。
分子不是最小的微粒. 分子是由更小的原子组成的!
原子可不可以再分呢？
第七章 从粒子到宇宙
第三节 探索更小的微粒
• 水是由水分子组成的，而水 不带电 • 氧气是不带电的，而氧气是 由氧原子组成的。 • 因此分子，是不带电的，原 子也是不带电的。
摩擦起电
那么这种电荷是从哪儿来的呢？
摩擦起电说明了原子可以再分.