原子的核结构卢瑟福模型
卢瑟福原子结构模型
电子层
第2层 原子核 第1层
原子核
+18
Ar
原子核带正电
该电子层 上的电子
+18
K层
2
8
8
核电荷数
Ar
L层 核电荷数 该电子层上的电子数
M层
教材P29
稀有气体元素原子电子层排布
各电子层的电子数
K 1 L 2 M 3 N 4 O 5 P 6 最外层电子数
元素 名称
元素 符号
氦
氖
He
Ne
2
2 8
1.金属单质Ｎa、Mg能分别与非金属单质Ｏ2、Ｃl2 发生反应生成氧化物和氯化物，请写出化学式．
Na2O 、MgO 、 NaCl、MgCl2
教材P30
2.根据Ｎa 、Mg、O、Cl原子在反应过程中失去 或者得到电子的数目和该原子的最外层电子数目, 推断其氧化物和氯化物中元素化合价．
元素 化合价 +1 +2 -2 原子最外层 电子数目 １ 失去（或得到） 电子数目 失1e失2e得2e-
二、原子核外电子排布
原子核
+2
电子层
+10
+18
He Ne
核电荷数
Ar
该电子层 上的电子
+1
+8
+12
H
O
Mg
1、原子核外电子的分层排布
电子层序数（n） 符号 1 2 3 4 5 6 7
K
L
M
N
O
P
Q
+12
Mg
原子结构示意图 为了形象、简单的表示原子的结构，人们就创 造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。
卢瑟福原子核式结构模型
卢瑟福原子核式结构模型卢瑟福的原子核式结构模型主要包括以下几个要点：1.原子核：卢瑟福认为原子核是原子的中心，其中含有几个质子和一些中子。
原子核的直径约为10^-14米，相对于整个原子而言非常小，并带有正电荷。
2.电子轨道：卢瑟福认为电子沿着特定的轨道绕着原子核运动。
他提出了类似于行星绕着太阳运动的图像，将电子轨道比作类似椭球形的轨道，不同轨道具有不同的能级。
这些电子轨道是固定的，电子不会从一个轨道跃迁到另一个轨道。
3.质子和中子：卢瑟福提出原子核中含有质子和中子。
质子带有正电荷，中子则是中性的。
质子的数目决定了原子的元素，而中子的数目可以不同，即同一元素的同位素。
4.电子云：卢瑟福的模型仍然保留了以前的“电子云”概念，即电子在不同轨道上运动，创造了一个围绕原子核的电子云。
这个电子云能够解释原子的大小和光谱线的现象。
卢瑟福的原子核式结构模型相比于以前的汤姆逊原子模型更为接近现代的原子结构理论。
他巧妙地利用了散射实验来验证他的模型。
在散射实验中，他用α粒子（即带有正电荷的氦原子核）射向了金箔，并观察到了一些氦原子核与金箔上的原子核发生散射的现象。
通过测量和分析散射角度的变化，卢瑟福发现，大部分的α粒子直接穿过金箔，而只有极少数的α粒子发生偏转或反弹。
这一观察结果无法用汤姆逊的原子模型解释，因为汤姆逊的模型认为正电荷均匀分布在整个原子中。
卢瑟福的原子核式结构模型奠定了现代原子结构理论的基础，为后续的量子力学和核物理学发展打下了重要的基础。
他的模型揭示了原子在微观层面上的真实本质，对于理解原子的性质和物质世界的组成具有重要的意义。
卢瑟福的原子核式结构模型
卢瑟福的原子核式结构模型
卢瑟福的原子核式结构模型是20世纪初物理学研究的重要成果之一。
这一模型通过实验证明了原子不是一个均质的球体，而是由一个小而重的原子核和围绕它旋转的电子构成。
此模型的提出，对于人们理解原子结构的本质具有重要意义。
卢瑟福实验的基本原理是，通过将一个α粒子（即带有两个质子和两个中子的氦原子核）轰击到一个金箔上，通过观察α粒子的散射方向来确定原子的结构。
实验结果表明，大部分的粒子通过金箔而不受到偏转，但有一部分粒子受到了较大的偏转。
这表明原子中存在着一个小而重的原子核，而电子则围绕在原子核周围。
卢瑟福模型的核心思想是，原子结构由一个小而重的原子核和围绕其运动的电子构成。
原子核包含质子和中子，质子带有正电荷，中子不带电。
电子则带有负电荷。
原子核的大小约为10^-15米，而整个原子的大小约为10^-10米。
卢瑟福模型对于人们理解化学反应、放射性衰变等现象具有重要意义。
例如，核反应是指原子核之间的反应，而非电子之间的反应。
放射性衰变也是指原子核的变化，而非电子的变化。
此外，原子核式结构模型也为原子核物理学和核能技术的发展提供了重要的理论基础。
卢瑟福的原子核式结构模型是一项重要的物理学成果，它通过实验证明了原子结构由一个小而重的原子核和围绕其运动的电子构成。
这一模型对于人们理解化学反应、放射性衰变等现象具有重要意义。
132 卢瑟福原子模型和散射公式-- 卢瑟福散射公式
2
作业：1.6, 1.7
2
§1.3.2 卢瑟福原子模型和散射公式--卢瑟福公式的实验验证
H. GEIGER and E. MARSDEN, The Laws of Deflexion of a Particles through Large Angles, Philosophical Magazine, Series 6, Volume 25, Number 148, April 1913
应用：卢瑟福背散射谱仪
Rutherford-Backscattering-Spectrometry
§1.3.2 卢瑟福原子模型和散射公式--卢瑟福公式的修正
小角偏差
(1) 核外电子的屏蔽效应；
瞄准距离b很大
ctgBiblioteka 22b D
(2) 多次散射导致小角增强。
大角偏差
思考题：如何测量180附近的粒子散射？
IV. Number of scintillations per minute corrected for decay
2 2
I. Substance.
II. Atomic weight. A.
III. Air equivalent in cm.
V. Number dn of scintillations per cm. air equivalent.
§1.3.2 卢瑟福原子模型和散射公式--卢瑟福公式的修正
靶原子核的反冲(有限大小的M)
E0 E
散射粒子的能量
m cos M 2 m2 sin 2 L L E mM E0
L
当很小时，E和E0差别不大； 当 > 90(背散射)，E和E0差别较大。 极限情况： 180
原子核式结构模型卢瑟福
原子核式结构模型卢瑟福原子核式结构模型卢瑟福引言原子核式结构模型是科学家卢瑟福在1911年提出的，它为人们理解原子的内部结构提供了重要的线索。
本文将从实验原理、实验过程、实验结果和结论等方面详细介绍卢瑟福的原子核式结构模型。
一、实验原理1.1 原子核和电子在学习卢瑟福原子核式结构模型之前，我们需要先了解什么是原子核和电子。
原子核是由质子和中子组成的，质量大约为电子质量的2000倍，而电子则是带有负电荷的基本粒子。
1.2 α粒子α粒子是一种带有正电荷的粒子，由两个质子和两个中性粒子组成。
它具有高速运动能力，并能穿透物体。
1.3 散射现象散射现象指入射粒子与目标物质发生碰撞后改变方向或速度的现象。
散射角度越大，则入射粒子与目标物质之间相互作用越小。
二、实验过程2.1 实验装置卢瑟福使用了一台放射性源、一块金箔和一个探测器的实验装置。
放射性源发出α粒子，经过金箔后被探测器接收。
2.2 实验步骤卢瑟福将α粒子从放射源中释放出来，让它们穿过金箔，并在探测器上进行检测。
他还记录了散射角度和散射粒子数目等数据。
2.3 实验结果卢瑟福的实验结果表明，大多数α粒子穿过金箔而不受到任何影响。
然而，一小部分α粒子发生了强烈的偏转或反弹。
三、实验结果分析3.1 结果解释卢瑟福根据实验结果推断，原子核在原子中的体积非常小，只占整个原子体积的很小一部分。
这是因为大多数α粒子能够穿透金箔并被探测器接收。
3.2 原子核式结构模型基于他的实验结果，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
该模型认为原子由一个带正电荷的核和围绕核运动的带负电荷的电子组成。
原子核的大小非常小，但它却包含了原子中大部分的质量。
四、结论卢瑟福的原子核式结构模型为人们理解原子内部结构提供了重要线索。
它揭示了核和电子之间相互作用的基本规律，对后来的原子理论研究产生了深远影响。
卢瑟福模型
卢瑟福根据实验结果于1911年提出 了原子的“核式结构模型”(也被 称为“卢瑟福行星模型”)
E. Rutherford，(英) 1908年诺贝尔化学奖
粒子散射实验
α
粒子(氦核
世纪之交的三大发现
1895年德国物理学家伦琴（W.K.Rontgen）发现X射线。 获得首届诺贝尔物理学奖（1901年）。
1896年法国物理学家贝克勒尔（A.H.Becquerel）发现放 射性。与居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。
1897年英国物理学家汤姆逊（J. J. Thomson）发现电子。 获得了1906年的诺贝尔物理学奖。
常用原子质量单位 u：
1u 1 (g) 1.660538782(83)1027 (kg) NA
原子质量与原子量的关系：
A(g) MA NA
其中A 为原子量，MA为原子质 量，NA 为阿伏伽德罗常数。
可算出氢原子的质量为：
M H 1.67367 1024 (g)
原子的大小可按不同方法估计：
2 4
He
)轰击金
属箔，在原子中带电物质的
电场力作用下，偏离原来的入射方向而发生散射现象。
金 镭放射 箔 源
荧光
屏
显微 镜
粒 子 实验结果：绝大部分粒子散射角很小（2-3），但有 1/8000的粒子偏转角大于90 ，甚至被反射回来。
氦核质量是电子质量的7300多倍，因此其运动基本不 受电子影响。
j
+Z2e
i cos j sin
原子的核式结构模型
原子的核式结构模型一、背景在深入研究原子的内部结构后，科学家们得出了一种关于原子构造的理论，即核式结构模型。
这个模型揭示了原子中心的秘密，为我们打开了理解物质世界的新视角。
二、核式结构模型的提出19世纪末，卢瑟福通过α粒子散射实验，发现原子中心有一个密集的原子核，其体积仅占据原子体积的几千分之一。
同时，他发现原子核周围环绕着电子，这些电子沿着轨道运动，就像行星围绕太阳运动一样。
这一发现，彻底改变了我们对原子的理解。
三、核式结构模型的内容核式结构模型的主要内容是：原子由一个位于中心的原子核和核外电子组成，电子在特定轨道上运动，并受到原子核的吸引。
原子核由质子和中子组成，其质量约占原子质量的99.9%，而电子的质量几乎可以忽略不计。
因此，原子的大部分体积是由原子核占据的。
四、核式结构模型的意义核式结构模型的提出，为我们理解原子的性质和行为提供了基础。
它解释了为什么原子在化学反应中会形成稳定的化合物，为什么元素之间会有不同的化学亲和力等等。
这一模型成为了现代化学的基础，为我们的科技发展提供了重要的理论基础。
五、结论总的来说，原子的核式结构模型是科学史上的一个重大突破，它为我们打开了理解物质世界的新视角。
然而，随着科技的发展，我们还需要更深入的研究和探索，以揭示原子内部的更多秘密。
让我们期待更多的科学发现，以更好地理解这个美丽的物质世界。
原子的核式结构模型一、背景在深入研究原子的内部结构后，科学家们得出了一种关于原子构造的理论，即核式结构模型。
这个模型揭示了原子中心的秘密，为我们打开了理解物质世界的新视角。
二、核式结构模型的提出19世纪末，卢瑟福通过α粒子散射实验，发现原子中心有一个密集的原子核，其体积仅占据原子体积的几千分之一。
同时，他发现原子核周围环绕着电子，这些电子沿着轨道运动，就像行星围绕太阳运动一样。
这一发现，彻底改变了我们对原子的理解。
三、核式结构模型的内容核式结构模型的主要内容是：原子由一个位于中心的原子核和核外电子组成，电子在特定轨道上运动，并受到原子核的吸引。
卢瑟福对原子模型的描述
卢瑟福对原子模型的描述卢瑟福是20世纪早期最有影响力的物理学家之一，他对原子模型的描述在科学界产生了深远的影响。
在他的实验证据和理论推断的基础上，他提出了一种新的原子结构模型，称为“卢瑟福原子模型”。
卢瑟福的原子模型是在他进行金属薄膜散射实验时得出的。
他使用了一束粒子（通常是α粒子）照射到一块金属薄膜上，并观察到粒子的散射现象。
通过分析散射角度和能量损失，卢瑟福得出了以下结论：原子具有一个非常小而且带正电的核心，核心周围围绕着一些轻质的带负电子。
根据卢瑟福的实验结果，他提出了三个重要结论：1. 原子核：卢瑟福发现，大部分的α粒子通过金属薄膜时，基本上是直线运动，只有少数粒子会发生明显的散射。
他解释说，这种现象是因为α粒子与一个非常小而且带正电的原子核碰撞，这个原子核位于原子的中心。
这个核心带有正电荷，负责维持原子的稳定性。
2. 空间结构：卢瑟福的实验结果还表明，原子核的体积非常小，与整个原子相比几乎可以忽略不计。
而电子则分布在原子核周围的空间中，形成了一个电子云。
这个电子云是带有负电荷的，它们的数量与原子的正电荷相等，以保持整个原子的中性。
3. 质量与电荷：卢瑟福的实验还揭示了原子核与电子之间的质量和电荷差异。
他发现，原子核的质量远远大于电子，而且带有正电荷。
电子则质量较轻，带有负电荷。
这种正负电荷之间的平衡是维持原子稳定的重要因素。
基于这些实验证据和推断，卢瑟福提出了原子的结构模型：原子核位于原子的中心，带有正电荷，而电子则围绕着原子核运动，形成了一个电子云。
这个模型对于解释原子的稳定性和各种物理化学现象具有重要意义。
然而，卢瑟福的原子模型并不完美。
后来的实验和研究表明，电子不仅仅是围绕原子核运动的，它们还具有波粒二象性，可能存在于不同的位置。
量子力学的发展使得我们对原子结构的理解更加深入。
尽管如此，卢瑟福的原子模型仍然是现代原子理论的重要里程碑。
它为后来的科学家提供了思路和启示，推动了原子物理学和量子力学的发展。
原子的核结构卢瑟福模型
原子的核结构卢瑟福模型卢瑟福模型，也被称为太阳系模型，是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年提出的，用以解释原子核结构的理论模型。
卢瑟福的模型对于理解原子的基本性质和物质的构成起到了重要的作用。
根据卢瑟福模型，原子由一个带正电的核和绕核运动的电子组成。
核带有正电荷，而电子带有负电荷。
电子在原子内部以不同的轨道运动，类似于行星绕着太阳运动的轨迹。
电子的轨道是稳定的，不会缩小或扩大。
卢瑟福模型的核心思想是，原子的正电荷集中在一个非常小且密集的核中，而电子位于核的周围。
而在此之前，人们普遍认为原子是一个均匀分布的正电荷球，电子以不同的方式分布在球的表面上。
卢瑟福的模型是通过所谓的金箔散射实验得到的。
在这个实验中，他们将一个α粒子束射向薄金属箔（主要是金箔），并观察被散射的粒子的轨迹。
意外的是，大部分粒子直接穿过金箔，但也有一小部分粒子发生了剧烈的偏转，甚至反向运动。
这个实验的结果无法被用传统的理论解释，因为传统的理论认为电子在原子中分布是均匀的，不会引起如此剧烈的偏转。
卢瑟福解释这个实验结果的关键是，金箔中存在着一个非常小而密集的正电荷核。
只有当α粒子的路径恰好足够接近核时，它们才会发生剧烈的偏转。
这意味着原子的大部分体积是空的，而正电荷集中在核内，类似于太阳系中的太阳与行星之间的关系。
根据卢瑟福模型，电子被吸引到核周围的力是库仑力，即正电荷和负电荷之间的电磁相互作用。
电子绕核的轨道不是任意的，而是定量的。
每个电子轨道对应于特定的能量级别，称为能级。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或释放特定频率的光子能量。
然而，卢瑟福模型也存在一些不足之处。
它无法准确描述原子内电子的运动轨迹和能级结构，特别是在涉及到更复杂的原子和分子时。
卢瑟福模型不能解释原子内部存在的亚原子粒子，如中子和质子，以及它们之间的相互作用。
因此，卢瑟福模型只是原子核结构的一个初步描述，但它对于当时对原子结构的理解是一个重大的突破。
原子核式结构模型卢瑟福
原子核式结构模型卢瑟福渐变的观点卢瑟福（Ernest Rutherford）是20世纪初的一位著名的物理学家，他提出了原子的核式结构模型，这个模型极大地推动了原子结构的研究和理解。
他的理论被称为“卢瑟福散射实验”，这个实验改变了人们对原子的认识，证实了原子具有一个小而致密的原子核，并具有绕核运动的电子。
卢瑟福散射实验实验设备和方法在卢瑟福散射实验中，他使用了一个金箔作为靶材料，射入了一个具有高速α粒子（带有正电荷的氦离子）的射线。
他围绕金箔放置了一个环形的探测器，用来检测和记录被散射的α粒子。
实验结果与发现卢瑟福最初预期的结果是，大部分的α粒子会以一个小角度散射，因为他假设了原子是一个均匀分布正电荷的球体。
然而，他的实验结果却出人意料地展现了一些被称为“奇迹”的现象。
他观察到，大部分的α粒子通过金箔而不会被散射，但也有少部分的α粒子却以一个大角度进行散射。
这一发现完全颠覆了当时对于原子结构的理解。
结论的推导与理解卢瑟福根据观察到的实验现象，得出了一个非常重要的结论：原子具有一个中心的原子核，并且原子核是极小而且非常致密的。
由于大部分的α粒子几乎没有被散射或者只有很小的角度散射，可以推断出原子核非常小而且带有正电荷。
而那些以大角度散射的α粒子，则说明原子核中存在着高密度的正电荷。
原子核结构的探索与完善卢瑟福的贡献在原子结构的研究中具有里程碑的意义，然而，他的模型也有一些局限性。
后续的研究者们通过继续的实验和理论推导，进一步完善和描述了原子核的结构。
以下是一些重要的研究成果：卢瑟福-博尔模型结合了卢瑟福模型和当时的量子力学理论，诺尔斯·博尔（Niels Bohr）提出了博尔模型，描述了电子绕核运动的轨道和能级。
这个模型解决了电子为什么不会坠落到原子核的问题，并成功解释了氢原子的光谱线。
费米能级和壳层结构根据泡利不相容原理和别尔定律，恩里科·费米提出了质子和中子的排布在能级的规则，即费米-狄拉克分布。
卢瑟福提出原子核式结构模型的依据
卢瑟福提出原子核式结构模型的依据卢瑟福提出了原子核式结构模型，这一发现是科学界的重大突破，不仅为原子物理领域的研究提供了新的阐释，还为后来的核物理学和其他物理学研究提供了借鉴。
卢瑟福所提出的原子核式结构模型是基于他的实验研究和理论分析得出的。
下面将分别从实验数据和理论分析两个方面阐述卢瑟福提出原子核式结构模型的依据。
一、实验数据卢瑟福的实验研究主要是基于阿尔法粒子的射线衍射实验。
在突破传统的玻尔模型之前，科学界认为原子的结构是一个波浪的系统，在外部电子云的控制下，原子核应该是弱的、分散的和不稳定的。
但是，通过实验发现了一些迹象，这些迹象开始倾向于一个电子云和一个中央的原子核的存在。
为了证明这一点，卢瑟福利用了他的一种经典实验，即阿尔法粒子的射线衍射实验。
在这个实验中，卢瑟福把经过电离器产生的高能阿尔法粒子来轰击金箔。
而根据科学家对金的了解及之前的模型，阿尔法粒子的散射应该是一个平滑和均匀的过程。
然而，事实证明，阿尔法粒子在金箔内会受到异常的散射，这一点使卢瑟福感到了惊讶。
通过转盘薄膜会发现，在角度较小时，散射阿尔法粒子的轨迹非常纤细，然而在更大的角度上，散射阿尔法粒子的轨迹又是短而厚的。
这表明散射过程涉及到一个高度紧凑和重要的中心区域，该中心区域是足够独立的而且具有序列性质。
这个中心实体就是人们今天所了解的原子核。
二、理论分析卢瑟福还通过理论分析支持了他的实验数据。
他利用卢瑟福模型，型是→型→型的轨迹，并且证明了这种轨迹说明金原子中存在核。
这一模型依据库仑力的原理，即中心的电荷会吸引周围的带电粒子，但是较短的距离是足以抵抗电荷的排斥的。
这种轨迹可以用二维空间中的一个圆来表示，同时每一个圆心代表金原子核仪的中心点。
那么，轨迹的开端是因为一个短距离的力可以克服静电排斥，并且由于原子核的瞄准间隔小于受电子云影响的瞄准间隔，因此轻子在与原子核相互作用之前会经过一些相当难看的弯曲。
值得注意的是，卢瑟福提出的原子核式结构模型虽然很早就被发现，但却是科学界的一个重大突破。
原子的核式结构模型
原子的核式结构模型核式结构模型最早由英国物理学家卢瑟福在1911年提出。
他的实验是在散射实验的基础上进行的，通过让高能α粒子正入射到金箔上观察散射的粒子轨迹，研究原子的内部结构。
核式结构模型的基本假设是原子由一个带正电荷的中心核和围绕核运动的电子组成。
核中包含质子和中子，质子带正电荷，中子不带电荷。
电子带负电荷，具有质量，绕核轨道运动。
根据核式结构模型，核中的质子和中子集中在原子的中心，形成原子核，质子和中子的数量决定了元素的原子序数和质量数。
围绕核的是电子云，电子云具有质量很小的特点，且电子数与质子数相等，以达到整个原子中的总正电荷等于总负电荷的平衡。
核式结构模型的主要特点有以下几点：1.原子核是原子的中心，质子和中子集中在这个中心，形成一个紧密结合的核。
质子带正电荷，中子不带电荷，所以核带正电荷。
原子核是非常小而密集的，但也是非常重要的，因为其中的质子和中子决定了元素的化学性质和质量数。
2.电子围绕着原子核，形成电子云。
电子云由负电荷的电子组成，它们被正电荷的核吸引，使得整个原子中的正电荷和负电荷保持平衡。
电子云的位置和运动状态是不确定的，只有在特定距离和特定能级上才能稳定地存在。
3.不同元素的原子核中质子和中子的数量不同，决定了元素的原子序数和质量数。
原子序数是指元素中的质子数，决定了其在元素周期表中的位置。
质量数是指一种元素中质子和中子的总数，决定了元素的相对原子质量。
核式结构模型的提出对后来的原子结构研究和理解有着重要的意义。
虽然核式结构模型无法解释电子云的具体结构和能级分布，也无法解释更微观的原子核内部结构和核反应的发生机制，但它奠定了原子结构领域的基础，并为后来量子力学的发展提供了重要的思路和依据。
总结起来，核式结构模型是描述原子内部结构的模型，认为原子由带正电荷的中心核和围绕核运动的电子组成。
质子和中子集中在核中，电子围绕着核形成电子云。
核式结构模型的提出为后来对原子结构的研究奠定了基础，也为量子力学的发展提供了启示。
卢瑟福提出的原子核式结构模型
卢瑟福提出的原子核式结构模型路得福提出的原子核模型又被称为“路得福球模型”，他建议原子核内部由紧凑的、正电荷很强的小电荷球，即质子构成。
该模型的构思来自对氢原子的研究：氢原子由单个质子和一个反电荷电子构成，它们之间有一种电场力与引力，质子之间也会有引力，但是比氢原子的引力小得多。
因此，可以假设，原子核也包含着质子，这些质子紧凑地围成一个球，电荷量正好相等，从而原子核得到了稳定。
在这个模型中，对原子核电荷与质点的关系有明确的定义：一个原子核中质点（质子）的数量正比于该原子核中电荷的数量，从而，原子核的电荷量就是质点的总数。
路得福球模型解释了大多数原子核的结构，特别是大量氢核的组成原理，但这也是一个完全有理想化的模型，并没有考虑到实际中可能存在的其他因素。
电场分布并不均匀，而一定存在一些电子在原子核中被磁场影响，这些因素都 undesrial 前半句路得福提出的原子核模型又被称为“路得福球模型”，他建议原子核内部由紧凑的、正电荷很强的小电荷球，即质子构成。
该模型的构思来自对氢原子的研究：氢原子由单个质子和一个反电荷电子构成，它们之间有一种电场力与引力，质子之间也会有引力，但是比氢原子的引力小得多。
因此，可以假设，原子核也包含着质子，这些质子紧凑地围成一个球，电荷量正好相等，从而原子核得到了稳定。
此外，该模型还解释了原子核的衰变及其产生的自由中子的原理：由于质子之间的库仑力依和相互作用，有时会形成真空洞，使质子能够从原子核中跃然而出，而另一个自由的中子又可以填补真空洞，使原子核的质点总数保持不变。
路得福球模型的这种解释，极大地为原子核衰变和中子的产生提供了理论基础和技术上的指导。
路得福球模型对20世纪初重要的原子核模型提出了重大贡献，并奠定了今天原子核物理研究。
卢瑟福提出的原子结构模型
卢瑟福提出的原子结构模型卢瑟福提出的原子结构模型是他在1911年提出的，被称为“卢瑟福模型”。
这个模型描述了原子具有非均匀分布的正负电荷，并提出了电子绕着原子核运动的概念。
卢瑟福模型的提出对于理解原子结构和原子核的性质具有重要的意义，为后来的量子力学理论做出了重要的贡献。
卢瑟福的原子结构模型基于他在实验室中的金属薄膜散射实验结果。
在这个实验中，卢瑟福用以铂制成的极薄金属箔作为靶材，将一束α粒子轰击到箔上。
他观察到，大部分α粒子直接穿过了金属箔而没有发生散射，但极少数的α粒子却被散射到了不同的方向。
这个实验结果对于传统的原子模型来说是不可解释的，因此卢瑟福提出了他自己的模型来解释这个现象。
卢瑟福的原子结构模型认为原子中有一个非常小而密集的正电荷核心，所有的质量集中在核心中，并且带有正电荷。
他还假设电子围绕核心运动，类似于行星围绕太阳运动。
这个模型从经典物理学的角度来看是可以理解的，因为电子在受到核心的引力作用下会保持稳定轨道。
根据卢瑟福的模型，散射现象可以解释为α粒子与核心的碰撞和散射。
穿透箔片的α粒子表示它们没有与核心发生任何碰撞，而被散射的α粒子则表示它们与核心发生了碰撞，改变了方向。
卢瑟福的模型可以解释为什么大部分的α粒子直接穿过箔片而没有发生散射，因为核心的大小和正电荷足够小，以至于大部分的α粒子没有与核心碰撞的机会。
然而，卢瑟福的原子结构模型也存在一些问题。
根据经典物理学和电磁学的原理，由于电子带负电荷，应该会受到核心的引力吸引而坠落到核心上，形成一个不稳定的结构。
此外，模型无法解释原子光谱的发现，即原子只能吸收或发射特定频率的光线，而不能吸收或发射其他频率的光线。
这些问题最终得到了量子力学的发展来解决。
量子力学描述了微观粒子的行为，允许电子存在于不同的能级中，而不是仅限于特定的轨道。
量子力学还提出了概率波函数的概念，以解释微观粒子的运动行为。
如今，量子力学已经成为理解原子和分子结构的基础，并对现代科学和技术做出了巨大的贡献。
卢瑟福原子核式结构
卢瑟福原子核式结构
卢瑟福原子核式结构是一个描述原子核内部结构的模型，由新西兰
物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年提出。
该模型的核心观点是原子核是由一个紧密结构的、带正电的核心（核子）和外围带负电的电子云
组成，并且电子云围绕着核心旋转。
卢瑟福原子核式结构理论的提出，是建立在实验结果基础之上的。
通
过一系列的α 射线散射实验，卢瑟福发现了几个规律：
1.大部分α 射线直接穿过了金属箔并且几乎没有被改变方向；
2.一小部分α射线发生了散射，但散射角度非常小；
3.只有极少一部分α射线散射角度很大，甚至180°，这被称为反散射。
基于这些实验结果，卢瑟福提出了核式结构模型，具体来说，以下是
卢瑟福原子核式结构的主要组成部分：
1.核心
核心是一个非常小、密集、带正电的物体，由质子和中子组成，相对
于整个原子的体积可以忽略不计。
核心的带正电性质决定了它会吸引
电子云。
2.电子云
电子云是一个带负电的云状区域，由电子组成，其外层电子呈现大致球形的排列。
它稳定地位于核心周围，并且不停地围绕核心移动。
3.空间和能量
核子和电子之间相互作用的力是电磁力。
在原子内部，这些力会作用在非常小的距离上，因此它们的作用不仅涉及到空间因素，同时也与灵敏的能量平衡密切相关。
通过卢瑟福原子核式结构理论，我们可以更好地解释电子在原子内部的运动状态，以及中子和质子在原子核内部的组成。
该理论对于我们更好地理解物质的本质和性质都具有重要的启示作用。
原子物理学第1章 原子的位形：卢瑟福模型
在汤姆逊(Thomson)发现电子之后 对于原子中正 发现电子之后,对于原子中正 在汤姆逊 发现电子之后 负电荷的分布他提出了一个在当时看来较为合理的模 即原子中带正电部分均匀分布在原子体内,电子镶嵌 型.即原子中带正电部分均匀分布在原子体内 电子镶嵌 即原子中带正电部分均匀分布在原子体内 在其中，人们称之为"葡萄干面包模型 葡萄干面包模型".为了检验汤姆 在其中，人们称之为 葡萄干面包模型 为了检验汤姆 模型是否正确,卢瑟福 逊(Thomson)模型是否正确 卢瑟福 模型是否正确 卢瑟福(Rutherford)于 于 1911年设计了 粒子散射实验 实验中观察到大多数粒 年设计了α粒子散射实验 年设计了 粒子散射实验,实验中观察到大多数粒 子穿过金箔后发生约一度的偏转.但有少数 但有少数α粒子偏转 子穿过金箔后发生约一度的偏转 但有少数 粒子偏转 角度很大,超过 度以上,甚至达到 角度很大 超过90度以上 甚至达到180度.对于 粒子发 度 对于α粒子发 超过 度以上 甚至达到 对于 生大角度散射的事实,无法用汤姆逊 无法用汤姆逊(Thomoson)模型 生大角度散射的事实 无法用汤姆逊 模型 加以解释.除非原子中正电荷集中在很小的体积内时 除非原子中正电荷集中在很小的体积内时， 加以解释 除非原子中正电荷集中在很小的体积内时， 排斥力才会大到使α粒子发生大角度散射 在此基础上, 粒子发生大角度散射,在此基础上 排斥力才会大到使 粒子发生大角度散射 在此基础上 卢瑟福(Rutherford)提出了原子的核式模型 提出了原子的核式模型. 卢瑟福 提出了原子的核式模型
α粒子：放射性元素发射出的高速带 电粒子，其速度约为光速的十分之一， 带+2e的电荷，质量约为4Mpp。 散射：一个运动粒子受到另一个粒子 的作用而改变原来的运动方向的现象。 粒子受到散射时，它的出射方向与原 ( a) 侧视图 (b) 俯视图。R:放射源； 入射方向之间的夹角叫做散射角。
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第1章 原子的核结构和卢瑟福模型原子的质量和大小1. 原子的质量自然界中一百多种元素的原子，其质量各不相同.将其中最丰富的12C 原子的质量定为12个单位，记为12u ，u 为原子质量单位.227-931.5MeV /c kg 101.660)(1121)(121u =⨯===AA N g N gA 是原子量，代表一摩尔原子以千克为单位的质量数.A N 是阿伏伽德罗常数—— 一摩尔物质中的原子数目.2. 原子的大小将原子看作是球体,其体积为 , 一摩尔原子占体积为:3143⎪⎭⎫ ⎝⎛=A N A r πρ,)( 343ρπg A N r A ≡ ) g/cm (3ρ是原子质量密度. 原子的半径为： 3143⎪⎭⎫⎝⎛=A N A r πρ例如 Li （锂）原子 A =7， =， r Li =； Pb （铅）原子 A =207， =， r Pb =；3. 原子的组成1897年汤姆逊从放电管中的阴极射线发现了带负电的电子, 并测得了e/m 比.1910年密立根用油滴实验发现了电子的电量值为e =×10－19（c ） 从而电子质量是：-4u -31e 105.487 20.511MeV /c kg 109.109m ⨯==⨯=3 34r π原子核式结构模型1.汤姆逊原子模型1903年英国科学家汤姆逊提出“葡萄干蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型.2．α粒子散射实验实验装置和模拟实验R:放射源 F:散射箔S:闪烁屏 B:圆形金属匣A:代刻度圆盘 C:光滑套轴T:抽空B的管 M:显微镜( a ) 侧视图( b ) 俯视图结果大多数散射角很小，约1/8000散射大于90°；极个别的散射角等于180°.汤姆逊模型的困难近似1：粒子散射受电子的影响忽略不计，只须考虑原子中带正电而质量大的部分对粒子的影响.近似2：只受库仑力的作用.当r >R 时，粒子受的库仑斥力为：220241r Ze F πε= 当r <R 时，粒子受的库仑斥力为：r RZe F 320241πε= 当r =R 时，粒子受的库仑斥力最大：卢瑟福等人用质量为 u 的高速α粒子(带+2e 电量)撞击原子,探测原子结构.按照“西瓜”模型，原子只对掠过边界（R ）的α粒子有较大的偏转.例如, EK = MeV ， Z(金)=79 ，θ max<10-3弧度≈.要发生大于90o 的散射，需要与原子核多次碰撞，其几率为10-3500!但实验测得大角度散射的几率为1/8000 ，为此，卢瑟福提出了原子核型结构模型.3. 原子核式结构模型—卢瑟福模型原子序数为Z 的原子的中心,有一个带正电荷的核(原子核),它带正电量Ze ,它的体积极小但质量很大,几乎等于整个原子的质量,正常情况下核外有Z 个电子围绕它运动.220max 241R Ze F πε=)MeV (103)MeV (nm 1.0MeVfm 44.12v 21/2v2425202m ax 202K KE Z E Z m R Ze p p RR Ze t F p -⨯=⋅⨯==∆==∆=∆πεθπε4. 核库仑散射角公式动能为EK 的α粒子从无穷远以瞄准距离射向原子核;在核库仑力作用下,偏离入射方向飞向无穷远,出射与入射方向夹角θ称散射角.这个过程称为库仑散射.假设：（1）将卢瑟福散射看作是α粒子和原子核两个点电荷在库仑力作用下的两体碰撞.忽略原子中的电子的影响.（2）在原子核质量M>>m（α粒子质量）时, 可视为核不动,于是问题化为单质点m 在有心库仑斥力作用下的运动问题.首先，我们关心从无限远来的α粒子（初态）经库仑力作用后又飞向无穷远的运动状态（末态）.由机械能守恒因而始末二态动量守恒. 对任意位置有：称库仑散射公式.22412020θυπεαCtg m Ze b = 上式给出了b 和q 的对应关系 .b 小， q 大； b 大，q 小. 要得到大角散射，正电荷必须集中在很小的范围内，a 粒子必须在离正电荷很近处通过.5. 卢瑟福散射公式及实验验证（1） 卢瑟福散射公式的推导：由库仑散射公式可得可见那些瞄准距离在b 到b -db 之间的α粒子，经散射必定向θ到θ+d θ之间的角度出射：将d θ用空心圆锥体的立体角d Ω来代替042πεθ=Ctg b Ze m 2202υααθυπεπθθαd m Ze 232220220sin cos 2()41(=bdbd πσ2=θυπεπσθθαd m Ze d 232220220sin cos 2()41(=公式的物理意义：被每个原子散射到q~q +dq 之间的空心立体角dW 内的a 粒子，必定打在b~b +db 之间的ds 这个环形带上 .所以ds 代表a 粒子被每个原子核散射到q~q+dq 之间那么一个立体角dW 内的几率的大小，称为原子核的有效散射截面，又称为散射几率.现在的问题是粒子入射到这样一个环中的几率是多大呢设靶的面积为A ,厚度为t ，并设靶很薄，以致靶中的原子对射来的粒子前后互不遮蔽，从而a 粒子打到这样一个环上的几率为：也即a 粒子被一个原子核散射到q~q+dq 之间的空心立体角d W 内的几率.实验情况是N 个a 粒子打在厚度为 t 的薄箔上，若单位体积内有n 个原子核，那么体积At 内共有 nAt 个原子核对入射a 粒子产生散射，也即有nAt 个环.假定各个核对 a 粒子的散射是独立事件，a 粒子打到这样的环上的散射角都是q~q+dq ，a 粒子散射在 内的总几率应为设靶的面积为A ,厚度为t ，并设靶很薄，以致靶中的原子对射来的粒子前后互不遮蔽，从而a 粒子打到这样一个环上的几率为A d /σ也即a 粒子被一个原子核散射到q~q+dq 之间的空心立体角d W 内的几率.实验情况是N 个a 粒子打在厚度为 t 的薄箔上，若单位体积内有n 个原子核，那么体积At 内共有 nAt 个原子核对入射a 粒子产生散射，也即有nAt 个环.假定各个核对 a 粒子的散射是独立事件，a 粒子打到这样的环上的散射角都是q~q+dq ，a 粒子散射在 内的总几率应为θπθθπθθd d d 22cos sin 4sin 2==ΩAd /σAnAtd /σA nAtd /σ另一方面，设有N 个a 粒子入射到靶上，在q~q+dq 方向上测量到的散射a 粒子数为dN ，所以a 粒子被散射到dW 内的总几率又可表示为dN/N ，从而有A nAtd N dN σ=A nAtNdNd =⇒σ该式称卢瑟福散射公式 说明：实际测量是在一个有限小窗口（ds ‘ ）张的立体角d Ω’=ds‘/r2内测量散射的粒子数dN ’. 由于散射公式只与θ有关，在同一个θ位置上有 dN‘/dΩ’ =dN/d Ω ，所以上公式可用于小窗口探测.（2）卢瑟福散射公式的实验验证对同一放射源（EK 同）， 同一靶体（Z,t 同）;2/sin 4C d N d =Ω''θ 对同一放射源，同一靶材 但厚度t 不同，在θ方向接收的;t d N d ∝Ω''不同放射源（ EK 不同），同一靶体，在θ方向测得;202--∝∝Ω''υk E d N d对同一放射源；不同靶材（Z 不同） 但nt 同，在方θ 向测得 ;2Z d N d ∝Ω''盖革和马斯顿按上述结论作了一系列实验，结果与理论符合很好，从而确立了原子核型结构模型.6．原子核半径的估算 能量守恒定律mr Ze m m 02220422121πευυαα+= 角动量守恒定律m r m b m υυαα=0由上两式及库仑散射公式可得))2/sin(11(2412020θυπεα+=m ze r m AnAtNdNd =⇒σ2422220sin )()41(θαυπεσΩ=d m Ze d nNt m Ze d dN 2sin 1)()41(4220220θυπεα=Ωb Ze E b Ze m ctg k222004242πευπεθα==rｍ=3×10-14 m （金）rｍ= ×10-14 m （铜）10-14 m ~10-15 m7. 原子的大小核式结构－原子由原子核及核外电子组成原子的半径－ 10-1０ m（）（1）原子核半径－ 10-14 ~ 10-15 m2（2）电子半径－ 10-18 m原子质量的数量级：10-27kg——10-25kg8. a粒子散射实验的意义及卢瑟福模型的困难（1）意义：1）通过实验解决了原子中正、负电荷的排布问题，建立了一个与实验相符的原子结构模型，使人们认识到原子中的正电荷集中在核上，提出了以核为中心的概念，从而将原子分为核外与核内两部分，并且认识到高密度的原子核的存在，在原子物理学中起了重要作用.2） a粒子散射实验为人类开辟了一条研究微观粒子结构的新途径，以散射为手段来探测，获得微观粒子内部信息的方法，为近代物理实验奠定了基础，对近代物理有着巨大的影响.3）a粒子散射实验还为材料分析提供了一种手段.（2）困难1）原子稳定性问题2）原子线状光谱问题根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波，原子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱；由于原子总能量减小，电子将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定.。