原子结构及元素周期律
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第一条现象说明，原子中绝大部分是空的
2020/11/14
12
通过测定和计算，他指出： 原子中存在一个几乎集中了原子全部(99.9%以 上)质量，而大小仅为原子１/１０１２的带正电荷的 粒子。
他将其称为原子的核。
2020/11/14
13
原子的核式结构
在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核． 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里． 带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
立的线状光谱，而不是连续光谱。
2020/11/14
22
核物理学之父 卢瑟福（1871-1937）
Ernest Rutherfordl
1895年英国剑桥大学博士
导师汤姆逊（J.J.Thomson）
卢瑟福一生从事放射性研究。
发现了α和β射线，于1899
年证明了α射线是氦核粒子，
β射线是电子，为此，获得
2020/11/14
卢瑟福提 出的原子 核式结构
14
意义：
电子像行星绕太阳运转一样绕原子核运动，这 就是大家悉知的原子结构的“行星式模型”。
这是人类认识微观世界的重要里程碑，这个模 型已成为现代科学技术的象征.。
2020/11/14
15
（3）正电荷粒子--质子的发现
卢瑟福在实验中还发现，被轰击的原子中还可能 跑出带正电荷的粒子，经过测定和计算，这种粒子所 带的电量和质量也都与原子种类无关，而电量正好等 于1个电子电量的正值,卢瑟福将其命名为质子。
2020/11/14
3
2020/11/14
原子结构模型
Dalton原子学说 (1803年)
Thomson“西瓜式”模型 (1897年)
Rutherford核式模型 (1911年)
Bohr电子分层排布模型 (1913年)
量子力学模型(1926年)
4
微观粒子的运动特性
原子结构发现史 传统观念：
从公元前5世纪到19世纪，人们一直认为， 宇宙万物都是由原子组成的，而原子是最微 小、最坚硬、不可入、不可分的物质粒子。
Leabharlann Baidu
2020/11/14
7
（C）确定质量和电荷---发现电子 1909年,美国物理学家Millikan设计了油滴实验
测定了电子的电荷。 根据e/m可以得到电子的质量。
结论：
“有比原子小得多的粒子存在”，
人们将这种粒子称为电子。
2020/11/14
8
新的思考：
原子是电中性的，原子中既然存在带负电荷的电子 ，就必然还有带正电荷的物质，即原子是由带负电荷的 电子和带正电荷的物质组成的，这就为人们认识物质的 更深层次——原子结构打开了大门。
2020/11/14
9
2） α粒子散射实验--原子核的发现
（1911年,卢瑟福(E.Rutherford)用α粒子射线 (Ｈｅ２＋)轰击金箔时发现，多数α粒子畅通无阻，只 有少数α粒子在前进中像遇到了不可穿透的壁垒一样， 被折射和反弹回来。
著名的 粒子散射实验
2020/11/14
10
α粒子 电子
1908年诺贝尔化学奖；与他的学生 F.Soddy 一起发现
了放射性元素的自发蜕变现象；1909年发现α粒子的
散射2020现/11/1象4 ，1911年提出了他的核型原子模型。
C.阴极
D、E.电极
K.荧光屏
6
一位最先打开通向基本粒子物理学 大门的伟人
（b）测定荷质比(e/m)—负电粒子带有普遍性
1897年，英国物理学家汤姆生(J.J.Thomson)， 测定了这种带电粒子的电荷(e)和质量(m)之比，简称荷 质比(e/m)。他发现无论任何气体，也不论任何材料做 成的阴极，所产生粒子的e/m均相同。
1912年英国人莫斯莱(Moseley)用实验测定了各 种原子的荷电荷数，证明：原子核内的质子数和核外 的电子数都恰好等于原子序数。
2020/11/14
16
（4）质量关系推理--中子的发现
思考：
既然原子的质量集中于原子核，那么核内质子的 总质量应当近似等于原子的质量。但是对于多数原子 ，其质子的总质量小于原子的质量？
2020/11/14
α粒子散射实验
11
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、少数α粒子发生了较大的偏转． 3、极少数α粒子的偏转超过90°． 4、有的甚至几乎达到180 °．
第四条现象可看出，α粒子在原子中碰到了比他质量大的多 的东西 第二、三现象可看出，α 粒子受到较大的库仑力作用
19
原子 (A)
原子核
质子(Z)→带正电 中子(N)→不带电
电子(Z)→带负电，m→0
•
核电荷数(Z) =核内质子数
=核外电子数=原子序数
•
原子量(A)= 质量数
= 质子数（Z）+ 中子数（N）
2020/11/14
20
• 实验证明，质子和中子是由更小的微粒“夸克”构成。
• 有关夸克的结构和性质仍有探索和研究中……
2020/11/14
17
卢瑟福因此指出：
原子核内还可能存在一种质量与质子相似的 电中性粒子，他将其称为中子。
这种预见于1932年被实验所证实。
2020/11/14
18
小结：原子的组成
组成
发现史
原
质子
1896年，卢瑟福α粒
原
子散射实验
子
子 核
中子
核外电子
1897年家汤姆生阴极 射线管实验
2020/11/14
2020/11/14
5
（1）突破口--电子的发现
（a）阴极射线实验—负电性物质的发现 1879年，英国人克鲁克斯(Crookes)用阴极射
线管在进行低气压导电性能实验时，发现阳极上出 现了荧光，这说明在电场作用下，阴极上产生了一 种看不见的东西，称之为阴极射线 。
汤姆生实验装置简图
202A0/、11/B14.阳极
2020/11/14
21
核型原子模型的局限性
经典电磁理论证实：运动着的电子要向外辐射
电磁波，随之能量逐渐降低，绕核运动的圆周
半径逐渐变小，原子应该不断辐射波长连续变
大的电磁波—连续光谱。
电子能量不断降低的结果，是电子最终能量为零，
原子将不复存在。
但事实上，电子稳定存在，且基态原子不对外辐
射电磁波，激发态的原子的发射光谱也只是分
原子结构及元素周期 律
• 你对吗？ 你对了， 你是唯一的吗？有普遍性吗？
• 提出一种假设并不难，难的是用实验证明 它是正确的，而且是唯一正确的。
——严宣申
2020/11/14
2
原子结构发现史的学习思路：
传统观念 → 不能解释实验新发现 → 产生新观念
↓ 为世人接受 ← 不仅解释实验现象而且为其他实验所证实
2020/11/14
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通过测定和计算，他指出： 原子中存在一个几乎集中了原子全部(99.9%以 上)质量，而大小仅为原子１/１０１２的带正电荷的 粒子。
他将其称为原子的核。
2020/11/14
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原子的核式结构
在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核． 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里． 带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
立的线状光谱，而不是连续光谱。
2020/11/14
22
核物理学之父 卢瑟福（1871-1937）
Ernest Rutherfordl
1895年英国剑桥大学博士
导师汤姆逊（J.J.Thomson）
卢瑟福一生从事放射性研究。
发现了α和β射线，于1899
年证明了α射线是氦核粒子，
β射线是电子，为此，获得
2020/11/14
卢瑟福提 出的原子 核式结构
14
意义：
电子像行星绕太阳运转一样绕原子核运动，这 就是大家悉知的原子结构的“行星式模型”。
这是人类认识微观世界的重要里程碑，这个模 型已成为现代科学技术的象征.。
2020/11/14
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（3）正电荷粒子--质子的发现
卢瑟福在实验中还发现，被轰击的原子中还可能 跑出带正电荷的粒子，经过测定和计算，这种粒子所 带的电量和质量也都与原子种类无关，而电量正好等 于1个电子电量的正值,卢瑟福将其命名为质子。
2020/11/14
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2020/11/14
原子结构模型
Dalton原子学说 (1803年)
Thomson“西瓜式”模型 (1897年)
Rutherford核式模型 (1911年)
Bohr电子分层排布模型 (1913年)
量子力学模型(1926年)
4
微观粒子的运动特性
原子结构发现史 传统观念：
从公元前5世纪到19世纪，人们一直认为， 宇宙万物都是由原子组成的，而原子是最微 小、最坚硬、不可入、不可分的物质粒子。
Leabharlann Baidu
2020/11/14
7
（C）确定质量和电荷---发现电子 1909年,美国物理学家Millikan设计了油滴实验
测定了电子的电荷。 根据e/m可以得到电子的质量。
结论：
“有比原子小得多的粒子存在”，
人们将这种粒子称为电子。
2020/11/14
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新的思考：
原子是电中性的，原子中既然存在带负电荷的电子 ，就必然还有带正电荷的物质，即原子是由带负电荷的 电子和带正电荷的物质组成的，这就为人们认识物质的 更深层次——原子结构打开了大门。
2020/11/14
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2） α粒子散射实验--原子核的发现
（1911年,卢瑟福(E.Rutherford)用α粒子射线 (Ｈｅ２＋)轰击金箔时发现，多数α粒子畅通无阻，只 有少数α粒子在前进中像遇到了不可穿透的壁垒一样， 被折射和反弹回来。
著名的 粒子散射实验
2020/11/14
10
α粒子 电子
1908年诺贝尔化学奖；与他的学生 F.Soddy 一起发现
了放射性元素的自发蜕变现象；1909年发现α粒子的
散射2020现/11/1象4 ，1911年提出了他的核型原子模型。
C.阴极
D、E.电极
K.荧光屏
6
一位最先打开通向基本粒子物理学 大门的伟人
（b）测定荷质比(e/m)—负电粒子带有普遍性
1897年，英国物理学家汤姆生(J.J.Thomson)， 测定了这种带电粒子的电荷(e)和质量(m)之比，简称荷 质比(e/m)。他发现无论任何气体，也不论任何材料做 成的阴极，所产生粒子的e/m均相同。
1912年英国人莫斯莱(Moseley)用实验测定了各 种原子的荷电荷数，证明：原子核内的质子数和核外 的电子数都恰好等于原子序数。
2020/11/14
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（4）质量关系推理--中子的发现
思考：
既然原子的质量集中于原子核，那么核内质子的 总质量应当近似等于原子的质量。但是对于多数原子 ，其质子的总质量小于原子的质量？
2020/11/14
α粒子散射实验
11
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、少数α粒子发生了较大的偏转． 3、极少数α粒子的偏转超过90°． 4、有的甚至几乎达到180 °．
第四条现象可看出，α粒子在原子中碰到了比他质量大的多 的东西 第二、三现象可看出，α 粒子受到较大的库仑力作用
19
原子 (A)
原子核
质子(Z)→带正电 中子(N)→不带电
电子(Z)→带负电，m→0
•
核电荷数(Z) =核内质子数
=核外电子数=原子序数
•
原子量(A)= 质量数
= 质子数（Z）+ 中子数（N）
2020/11/14
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• 实验证明，质子和中子是由更小的微粒“夸克”构成。
• 有关夸克的结构和性质仍有探索和研究中……
2020/11/14
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卢瑟福因此指出：
原子核内还可能存在一种质量与质子相似的 电中性粒子，他将其称为中子。
这种预见于1932年被实验所证实。
2020/11/14
18
小结：原子的组成
组成
发现史
原
质子
1896年，卢瑟福α粒
原
子散射实验
子
子 核
中子
核外电子
1897年家汤姆生阴极 射线管实验
2020/11/14
2020/11/14
5
（1）突破口--电子的发现
（a）阴极射线实验—负电性物质的发现 1879年，英国人克鲁克斯(Crookes)用阴极射
线管在进行低气压导电性能实验时，发现阳极上出 现了荧光，这说明在电场作用下，阴极上产生了一 种看不见的东西，称之为阴极射线 。
汤姆生实验装置简图
202A0/、11/B14.阳极
2020/11/14
21
核型原子模型的局限性
经典电磁理论证实：运动着的电子要向外辐射
电磁波，随之能量逐渐降低，绕核运动的圆周
半径逐渐变小，原子应该不断辐射波长连续变
大的电磁波—连续光谱。
电子能量不断降低的结果，是电子最终能量为零，
原子将不复存在。
但事实上，电子稳定存在，且基态原子不对外辐
射电磁波，激发态的原子的发射光谱也只是分
原子结构及元素周期 律
• 你对吗？ 你对了， 你是唯一的吗？有普遍性吗？
• 提出一种假设并不难，难的是用实验证明 它是正确的，而且是唯一正确的。
——严宣申
2020/11/14
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原子结构发现史的学习思路：
传统观念 → 不能解释实验新发现 → 产生新观念
↓ 为世人接受 ← 不仅解释实验现象而且为其他实验所证实