第四章 微观世界及其探索
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然后将高压加到两块电极上，这时在两极中间出现一束跳动的 光线,这就是稀薄气体中的放电现象。但是，当玻璃管内的空 气稀薄到一定程度时，管内的光线反而渐渐消失，而在阴极的 对面玻璃管壁上出现了绿色荧光。
这说明这种阴极发射出来的射线，肉眼看不见，但能 在玻璃管壁上产生荧光。
科学家们称这个神秘射线叫“阴极射线”，称这些发 光的管子叫“阴极射线管”。
3、α粒子散射实验：用α粒子轰击各种原子观察散射情况
(1)实验现象:绝大多数α粒子都沿着原来的方 向前进或方向发生微小改变，但有极少数α粒 子出现了大角度散射，甚至被弹回。
(2)实验现象分析：
①α粒子与电子作用时几乎不会改变方向。 ②α粒 子受到原子中带正电部分库仑排斥力很弱。
③α粒子与原子中心的带正电的靶核作用， 受到靶核强烈的库仑力的排斥。
X射线发现过程 （1895）
1901年首届诺贝 尔奖颁给伦琴
X射线管 KA
X射线
应用：在X射线发现三个月后，维也纳的医院中首次利用了
X射线对人体进行拍片。
劳厄：1912年，德国物理学家劳厄用单晶片作为衍射物
观察X射线的衍射现象，在照相底片上得到一系列感光斑点 — 劳厄斑点,证明X光也是一种电磁波。
汤姆逊巧妙地将电场和磁场结合起来，首先测出了阴极 射线的速度，并进一步测量出了阴极射线中带负电的“原子” 所携带的电荷量和它的质量的比值，称为“荷质比”。
在管外加上一个磁 场，其方向与电场和粒 子运动方向都垂直。
当电场力与磁偏转
力相等时，粒子运动方
向不会发生偏转。
-
F f
+
qE qvB v E B
×× × α× ××
×
γ× × ×× ××
×× ×β
由于离子电性的不同，在磁 场中的偏转情况也不同.
α射线β射线偏转方向不同，说 明二者电性相反；
γ射线不发生偏转，说明γ射线 不带电，是电中性的。
三、电子的发现 1.克鲁克斯的发现
2.汤姆逊和阴极射线管
汤姆逊设计新型阴极射线管，使阴极射线在电场中发 生电偏转，实验证实改变阴极材料或改变管内气体种类； 阴极物质的荷质比不变，说明粒子是各种材料的普适成份.
(1)古希腊的原子模型
原子是不可改变的、与小而硬的豌豆相似的单个物体。 (2)从英国化学家和物理学家道尔 顿（J.John Dalton ，1766～1844） 创立原子学说以后，很长时间内人 们都认为原子就像一个小得不能再 小的玻璃实心球，里面再也没有什 么花样了。
2、汤姆逊的“葡萄干”模型
为解释元素周期律，汤姆逊 进一步假定：电子分布在一 个个同心圆环上，每个圆环 只能包含有限个电子。
时，在重核旁边可以产生电子对效应。
F
+
S
F
B
+ F
O
+P
带电粒子在均匀磁场中
受洛仑兹力
f
qv
B
方向:右手螺旋法则.
大小：f qvB
v 是垂直于磁场的速度分量
带电粒子将会做匀速圆周运动. 动画：电荷在磁场中的运动
半径为: R mv qB
特征：1、质量小，速度快；
2、穿透能力强；
3、与原子相互作用时，不仅损失能量，也改变运动方
向，称之为散射。
射线：波长比X射线还要短的电磁辐射， 特征： 1、一般伴随 射线和 射线的发射而放出。
2、是不带电的高能光子流； 3、基本与X射线相同，可以发生光电效应和康
普顿效应，但是能量比X射线高很多； 4、当能量大于1.022兆电子伏的光子通过物质
3.密立根
1913年密立根油滴实验测得电子电荷电量： e 1.591019 C
并且发现：电荷量是量子化的,e是最小的 电荷量，也称做基本电荷；粒子所带的 电荷都是e的整数倍。 电子的电荷量标准值为： e 1.601019C
§ 4.2 原子结构
一、卢瑟福散射和原子的有核模型
1、早期的原子结构模型
1869年门捷列夫发现元素周期律
§4.1 揭开研究微观世界序幕的三大发现 一、X射线的发现
背景：一百多年前，手艺高超的德
国玻璃工人会制造一种能发出绿光的 管子，有钱人家将它悬挂在客厅里做 装饰品，以炫耀他们的富有。这种管 子曾引起过很多科学家的兴趣.
普吕克 1858年普吕克在研究气体放电时将管内的空气抽出，
内容概要
揭开研究微观世界序幕的三大发现： X射线、放射性、电子
微观粒子运动的波粒二象性 X射线的产生和应用 原子核的结构及质子和中子 探索微观世界的近代新技术
序幕：历史上关于物质结构的讨论
上帝创造世界；阴阳五行学说
德谟克里特：物质由不可再分的粒子构成；
英国科学家道尔顿是科学原子论的创始人。 1807年他提出：“气体、液体和固体都是由该 物质的不可分割的原子组成”“同种元素的原 子，其大小、质量及各种性质都相同”
-
v
+
R mv
+
qB
R
mE qB2
q m
RB 2 E
1011C / Kg
1898年汤姆逊测得电子电荷，证明电子是各种材料的普 适成分,揭开阴极射线之迷。电子是人类最先知道的基本粒 子.人们打开了神秘的原子世界的大门，物理学进入了微观 世界的新纪元。汤姆逊教授的业绩受到了人们的称颂，瑞典 皇家科学院决定授予他1906年的诺贝尔物理学奖。
(1)两个核之间存在库仑斥力作用
斥力大小为：F
1
4 0
Qq r2
1
4 0
Ze2 r2
(2)能量守恒（动能与静电势能之和守恒）
Ep
r
1
4 0
Qq r2
dr
1
4 0
Qq r
E
Ek
Ep
1 2
mv 2
1
4 0
Qq r
(3)α粒子相对原子核的角动量守恒
4、卢瑟福的原子模型
1911年卢瑟福提出原子的“有核结构模型” (1）所有正电荷和几乎所有的原子质量都集中在原子中心 的一个非常小(R≦10飞米) 的体积内，这就是“原子核”； (2）原子中的电子在绕核运动； (3）带正电的核和带负电的电子间的静电引力把整个原子结
合在一起。 (原子行星系模型）
Baidu Nhomakorabea
5、分析α粒子散射实验
准直缝 X射线
晶体
劳厄斑
二、放射性的发现
1、1896年，贝克勒尔发现放射性。
2、居里夫妇生平和发现“钋”和“镭”的 过程
3、α射线、β射线和γ射线
射线：高速运动的带两个正电荷的氦核。
特性：1、在固体中的射程非常短，穿透力弱；
2、通过物质时可能与原子核发生弹性散射作用，称为
卢瑟福散射。
射线：带负电荷的电子流。
这说明这种阴极发射出来的射线，肉眼看不见，但能 在玻璃管壁上产生荧光。
科学家们称这个神秘射线叫“阴极射线”，称这些发 光的管子叫“阴极射线管”。
3、α粒子散射实验：用α粒子轰击各种原子观察散射情况
(1)实验现象:绝大多数α粒子都沿着原来的方 向前进或方向发生微小改变，但有极少数α粒 子出现了大角度散射，甚至被弹回。
(2)实验现象分析：
①α粒子与电子作用时几乎不会改变方向。 ②α粒 子受到原子中带正电部分库仑排斥力很弱。
③α粒子与原子中心的带正电的靶核作用， 受到靶核强烈的库仑力的排斥。
X射线发现过程 （1895）
1901年首届诺贝 尔奖颁给伦琴
X射线管 KA
X射线
应用：在X射线发现三个月后，维也纳的医院中首次利用了
X射线对人体进行拍片。
劳厄：1912年，德国物理学家劳厄用单晶片作为衍射物
观察X射线的衍射现象，在照相底片上得到一系列感光斑点 — 劳厄斑点,证明X光也是一种电磁波。
汤姆逊巧妙地将电场和磁场结合起来，首先测出了阴极 射线的速度，并进一步测量出了阴极射线中带负电的“原子” 所携带的电荷量和它的质量的比值，称为“荷质比”。
在管外加上一个磁 场，其方向与电场和粒 子运动方向都垂直。
当电场力与磁偏转
力相等时，粒子运动方
向不会发生偏转。
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+
qE qvB v E B
×× × α× ××
×
γ× × ×× ××
×× ×β
由于离子电性的不同，在磁 场中的偏转情况也不同.
α射线β射线偏转方向不同，说 明二者电性相反；
γ射线不发生偏转，说明γ射线 不带电，是电中性的。
三、电子的发现 1.克鲁克斯的发现
2.汤姆逊和阴极射线管
汤姆逊设计新型阴极射线管，使阴极射线在电场中发 生电偏转，实验证实改变阴极材料或改变管内气体种类； 阴极物质的荷质比不变，说明粒子是各种材料的普适成份.
(1)古希腊的原子模型
原子是不可改变的、与小而硬的豌豆相似的单个物体。 (2)从英国化学家和物理学家道尔 顿（J.John Dalton ，1766～1844） 创立原子学说以后，很长时间内人 们都认为原子就像一个小得不能再 小的玻璃实心球，里面再也没有什 么花样了。
2、汤姆逊的“葡萄干”模型
为解释元素周期律，汤姆逊 进一步假定：电子分布在一 个个同心圆环上，每个圆环 只能包含有限个电子。
时，在重核旁边可以产生电子对效应。
F
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带电粒子在均匀磁场中
受洛仑兹力
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方向:右手螺旋法则.
大小：f qvB
v 是垂直于磁场的速度分量
带电粒子将会做匀速圆周运动. 动画：电荷在磁场中的运动
半径为: R mv qB
特征：1、质量小，速度快；
2、穿透能力强；
3、与原子相互作用时，不仅损失能量，也改变运动方
向，称之为散射。
射线：波长比X射线还要短的电磁辐射， 特征： 1、一般伴随 射线和 射线的发射而放出。
2、是不带电的高能光子流； 3、基本与X射线相同，可以发生光电效应和康
普顿效应，但是能量比X射线高很多； 4、当能量大于1.022兆电子伏的光子通过物质
3.密立根
1913年密立根油滴实验测得电子电荷电量： e 1.591019 C
并且发现：电荷量是量子化的,e是最小的 电荷量，也称做基本电荷；粒子所带的 电荷都是e的整数倍。 电子的电荷量标准值为： e 1.601019C
§ 4.2 原子结构
一、卢瑟福散射和原子的有核模型
1、早期的原子结构模型
1869年门捷列夫发现元素周期律
§4.1 揭开研究微观世界序幕的三大发现 一、X射线的发现
背景：一百多年前，手艺高超的德
国玻璃工人会制造一种能发出绿光的 管子，有钱人家将它悬挂在客厅里做 装饰品，以炫耀他们的富有。这种管 子曾引起过很多科学家的兴趣.
普吕克 1858年普吕克在研究气体放电时将管内的空气抽出，
内容概要
揭开研究微观世界序幕的三大发现： X射线、放射性、电子
微观粒子运动的波粒二象性 X射线的产生和应用 原子核的结构及质子和中子 探索微观世界的近代新技术
序幕：历史上关于物质结构的讨论
上帝创造世界；阴阳五行学说
德谟克里特：物质由不可再分的粒子构成；
英国科学家道尔顿是科学原子论的创始人。 1807年他提出：“气体、液体和固体都是由该 物质的不可分割的原子组成”“同种元素的原 子，其大小、质量及各种性质都相同”
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1898年汤姆逊测得电子电荷，证明电子是各种材料的普 适成分,揭开阴极射线之迷。电子是人类最先知道的基本粒 子.人们打开了神秘的原子世界的大门，物理学进入了微观 世界的新纪元。汤姆逊教授的业绩受到了人们的称颂，瑞典 皇家科学院决定授予他1906年的诺贝尔物理学奖。
(1)两个核之间存在库仑斥力作用
斥力大小为：F
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(2)能量守恒（动能与静电势能之和守恒）
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(3)α粒子相对原子核的角动量守恒
4、卢瑟福的原子模型
1911年卢瑟福提出原子的“有核结构模型” (1）所有正电荷和几乎所有的原子质量都集中在原子中心 的一个非常小(R≦10飞米) 的体积内，这就是“原子核”； (2）原子中的电子在绕核运动； (3）带正电的核和带负电的电子间的静电引力把整个原子结
合在一起。 (原子行星系模型）
Baidu Nhomakorabea
5、分析α粒子散射实验
准直缝 X射线
晶体
劳厄斑
二、放射性的发现
1、1896年，贝克勒尔发现放射性。
2、居里夫妇生平和发现“钋”和“镭”的 过程
3、α射线、β射线和γ射线
射线：高速运动的带两个正电荷的氦核。
特性：1、在固体中的射程非常短，穿透力弱；
2、通过物质时可能与原子核发生弹性散射作用，称为
卢瑟福散射。
射线：带负电荷的电子流。