卢瑟福α粒子散射实验与原子核式模型的建立
原子和原子核
原子和原子核1.α粒子散射实验1909～1911年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进行了α粒子散射实验.（1）实验装置如图所示：如图所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仓力作用，一些α粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做α粒子散射.汤姆生发现电子汤姆生枣糕模型卢瑟福α粒子散射实验卢瑟福原子核式结构模型经典电磁场理论量子化理玻尔原子理论天然放射现象的发现原子可分原子核可分衰变（α、β衰变）原子核人工转变裂变聚变爱因斯坦质能方程E=mC能量氢原子能级半衰期2荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目.全部设备装在真空中.（2）实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转.（3）现象解释：认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数α粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转.2.原子的核式结构模型内容：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的空间运动.[说明] 核式结构模型的实验基础是α粒子散射实验，从α粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10-14m ～10-15m ，而原子半径的数量级是10-10m.3.玻尔的原子模型内容：玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要点：玻尔的原子模型是以假说的形式提出来的，包括以下三方面的内容：○1轨道假设：即轨道是量子化的，只能是某些分立的值. ○2定态假设：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.○3跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差.n m E E hv -=4.三种射线的比较○1α射线：是氦核（42He ）流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强.○2β射线：是高速的电子流，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱.○3γ射线：是高能光子流，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小. [说明] 放射性元素有的原子核放出α射线，有的放出β射线，多余的能量以γ光子的形式射出.5.衰变定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变. 衰变规律：电荷数和质量数都守恒.○1α衰变：M Z X →42--M Z Y+42He ，α衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）.○2β衰变：M Z X →M Z 1+Y+01-e ，β衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子时放射出一个电子.○3γ衰变：γ衰变是伴随α衰变或β衰变同时发生的.γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子.[例3] 23892U 衰变后22286Rn 共发生了 次α衰变和 次β衰变.[解析] 根据衰变规律，Rn 的质量数比U 的质量数减少了238-222＝16，而天然放射只有α衰变才能使质量数减少，且每次α衰变减少质量数为4，故发生了16÷4＝4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2，故由于α衰变核 的电荷数应减少4×2＝8.而Rn 核的电荷数仅比U 核少了92-86＝6，故说明发生了2次β衰变（即92-8+2＝86）.[答案] 发生了4次α衰变，2次β衰变.[评价] 在分析有关α、β衰变的问题时，应抓住每次α衰变质量数减4，电荷数减2和每次β衰变时质量数不变，电荷数加1这一衰变规律进行分析.6.半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫这种元素的半衰期. [说明] （1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关.（2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用.（3）确定衰变次数的方法：设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变m 次β衰变后，变成稳定的新元素A Z ''Y ，则表示核反应的方程为：A Z X →A Z ''Y+n 42He +m 01-e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程mn Z Z n A A -+'=+'=24，两式联立得：ZZ A A m A A n -'+'-='-=24由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组. 7.放射性同位素的应用 （1）利用它的射线如利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程，再如利用α射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电，利用射线杀死体内的癌细胞等.（2）做示踪原子如在生物科学研究方面，同位素示踪技术起着十分重要的作用，在人工方法合成牛胰岛素的研制、验证方向、示踪原子起着重要的作用.在输油管线漏的检查和对植物生长的检测方面，示踪原子都起着重要作用.[例4] 如图18-6是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.图18-6（1）请你简述自动控制的原理；（2）如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β和γ三种射线中，你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用，为什么？[解析] （1）放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转变为电信号输入到相应的装置，进而自动控制如上图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常.（2）β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1毫米的铝板；γ射线的贯穿本领非常强，能穿过几厘米的铅板，1毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反应出这种变化，使自动化系统做出相应的反应.8.核能的计算（1）质能方程：爱因斯担的相对论指出，物体的质量和能量存在着密切联系，即E=mc2.这就是爱因斯坦的质能方程.[说明] 质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大了，质量也增大了；能量减小了，质量也减小.且核反应中释放的能量与质量亏损成正比：2∆=E∆mc（2）核能：核反应中放出的能量称为核能.（3）核能的计算∆）的千克数乘以真根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损（m空中光速的平方.即2∆=mcE∆根据1原子质量单位（u ）相当于931.5MeV 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV.即5.931⨯∆=∆m E MeV[例5] 已知氮核质量m N =14.00753u ，氧核质量m 0=17.00454u ，氦核质量m He =4.00387u ，质子质量00815.1=H m u ，试判断核反应：141N+42He →178O+11H是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？[解析] 先计算出质量亏损m ∆，然后由1u 相当于931.5MeV 能量代入计算即可. 反应前总质量01140.18=+He N m m u 反应后总质量01269.180=+H m m u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收能量为：2mc E ∆=∆=(18.01269-18.01140)×931.5 MeV =1.2 MeV[例6] 一个静止的23292U （原子质量为232.0372u ），放出一个α粒子（原子质量为4.00260u ）后，衰变成22890Th （原子质量为228.0287u ）.假设放出的结合能完全变成Th 核和α粒子的动能，试计算α粒子的动能.[剖析] 由质能方程可计算释放的核能，然后结合动量守恒和能量关系可求解. [解析] 反应中产生的质量亏损0059.0)(=+-=∆αm m m m Th U u反应中释放的核能：5.931⨯∆=∆m E MeV=5.5MeV在U 核衰变过程中的动量守恒、能量守恒，则2221210ThTh ThTh v m v m E v m v m +=∆-=αααα 解以上两式得：ThTh Th m v m m v m E 2)(2)(22+=∆ααα ThTh m m m m v m αααα2)(2+=则α粒子的动能221αααv m E =E m m m Th Th∆+=α5.54228228⨯+=MeV=5.41MeV9.原子核的人工转变及其三大发现原子核的人工转变：用人工方法使一种原子核变成另一种原子核的变化. 原子核人工转变的三大发现： ○11919年卢瑟夫发现质子的核反应： 141N+42He →178O+11H○21932年查德威克发现中子的核反应： 94Be+42He →126C+10n○31934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应： 2713Al+42He →3015P+10n3015P →3014Si+01+e练习题 一、α粒子散射实验 原子的核式结构 原子核的组成1、（1997全国）卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是AA 、原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子中是均匀分布的C 、原子中存在带负电的电子 D.原子只能处在一系列不连续的能量状态中２、(2005年上海物理)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为H O N He 1117812742+→+．下列说法正确的是（ ）A C（原子核的组成，写出发现中子的核反应方程） Ａ、通过此实验发现了质子 B ．实验中利用了放射源放出的γ射线 Ｃ、实验中利用了放射源放出的α射线D ．原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒二、玻尔的原子模型 能级３．如图所示为氢原子能级图，A 、B 、C 分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，以下叙述正确的是 ( )ＡＢＡ、频率最大的是Ｂ Ｂ、波长最长的是Ｃ Ｃ、频率最大的是Ａ Ｄ、波长最长的是Ｂ４、(2005年理综②)图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E . 处在n =4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22eV. 在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 CA ．二种B ．三种C ．四种D ．五种三、天然放射现象 衰变、原子核人工转变、裂变和聚变５、（2001年高考试题）在下列四个方程中，x 1、x 2、x 3和x 4各代表某种粒子，以下判断中正确的是 AC①113854953810235923x Xe Sr n U ++→+ ②n He x H 1032221+→+ ③32349023892x Th U +→ ④42713422412x Al He Mg +→+A ．x 1是中子B ．x 2是质子C ．x 3是α粒子D ．x 4是氘核６．(2005年广东物理)下列说法不正确的是 D （原子核的几种核反应）A ．n He H H 10421111+→+是聚变B ．n 2Sr Xe n U 109438140541023592++→+是裂变 C ．He Rn Ra 422248623688+→是α衰变 D ．e Mg Na 0124122411-+→是裂变７、如图，在匀强磁场中的A 点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才作如图的圆周运动，并确定它们环绕的方向，若两圆的半径之比是45∶1，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？解：由动量守恒定律 MV+mv = 0 两者速度方向相反 必须是同种电荷才能外切，所以是 α衰变。
卢瑟福行星模型建立模型的依据
卢瑟福行星模型建立模型的依据引言卢瑟福行星模型是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福在1911年提出的一种描述原子结构的模型。
该模型通过实验观测和理论推导，揭示了原子结构中的核和电子的相互作用关系，为后来量子力学的发展奠定了基础。
本文将从实验观测和理论推导两个方面，详细介绍卢瑟福行星模型建立的依据。
实验观测卢瑟福在建立行星模型之前，进行了一系列与原子结构相关的实验观测，这些观测结果为他后来提出行星模型提供了重要依据。
散射实验卢瑟福进行了散射实验，即将α粒子（即氦原子核）射向金属箔。
他发现，大部分α粒子直线穿过金属箔而无明显偏转，但也有少部分α粒子发生明显偏转甚至反方向运动。
这一现象与当时普遍接受的汤姆孙原子模型（即“布丁模型”）不符，卢瑟福意识到原子结构可能存在着核和电子之间的相互作用。
散射角度的测量为了定量描述散射实验中α粒子的偏转情况，卢瑟福进行了对散射角度的测量。
他通过观察散射后α粒子在屏幕上产生的闪光点的位置，计算出了散射角度。
实验结果表明，较大能量的α粒子偏转角度较小，而较小能量的α粒子偏转角度较大。
这一观察结果与汤姆孙原子模型无法解释，为建立新的原子模型提供了线索。
理论推导基于实验观测结果，卢瑟福进行了理论推导，提出了行星模型。
他通过数学计算和物理分析，得出了一些重要结论。
康普顿散射公式卢瑟福利用康普顿散射公式来解释实验中α粒子偏转的现象。
康普顿散射公式描述了入射粒子与静止粒子碰撞后发生能量和动量传递的过程。
卢瑟福将这一公式应用于α粒子与原子核的碰撞，发现在碰撞中，α粒子会受到核的库仑力作用，从而发生偏转。
核的存在卢瑟福通过对散射实验中的结果进行分析，得出了一个重要结论：原子中存在着一个非常小而带正电荷的核。
他认为，只有在核的库仑力作用下，才能解释实验观测中α粒子的偏转现象。
这一结论引入了一个新的概念：原子由带正电荷的核和围绕核运动的负电子组成。
行星模型基于以上理论推导和实验观测结果，卢瑟福提出了行星模型。
卢瑟福散射_实验报告
一、实验目的1. 验证卢瑟福散射理论，理解原子核式结构模型；2. 掌握实验装置的使用方法，学会数据处理和误差分析；3. 培养科学实验技能和团队协作能力。
二、实验原理卢瑟福散射实验是通过α粒子轰击金箔，观察α粒子在金箔后的散射情况，从而验证原子核式结构模型。
根据卢瑟福散射理论，当α粒子穿过原子时，只有当α粒子与原子核的距离小于某一特定值时，α粒子才会发生散射。
该特定值与原子核的半径有关，即r = (ke^2)/(p^2)，其中k为库仑常数，e为电子电荷，p为α粒子的动量。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：卢瑟福散射实验装置、α粒子源、金箔、计数器、显微镜、计算机等；2. 实验材料：金箔、α粒子源、电源、真空泵等。
四、实验步骤1. 安装实验装置，确保所有仪器连接正确；2. 将金箔固定在实验装置上，调整显微镜位置，使其与金箔垂直；3. 打开α粒子源，调整电流，使α粒子流稳定；4. 打开计数器，记录α粒子在金箔后的散射情况；5. 调整显微镜位置，观察不同角度的散射情况，记录散射角度及计数；6. 重复步骤4和5，记录多组数据；7. 关闭α粒子源，关闭电源，整理实验器材。
五、实验数据与处理1. 记录实验数据，包括散射角度、计数等；2. 利用计算机软件处理数据，计算散射角度与计数的关系；3. 对比实验数据与理论计算值，分析误差来源。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，偏转角度很小；2. 少数α粒子发生了较大的偏转，偏转角度超过90度；3. 极少数α粒子的偏转角度超过180度，甚至被反弹回来。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 原子内部存在一个带正电的核，核的半径远小于原子半径；2. 原子核的质量远大于电子的质量；3. 原子核的正电荷集中在原子内部，电子围绕原子核运动。
七、误差分析1. α粒子源电流不稳定，导致α粒子流不稳定；2. 金箔厚度不均匀，导致α粒子散射角度不准确；3. 实验装置存在一定误差，如显微镜的读数误差等；4. 数据处理过程中存在舍入误差。
卢瑟福的α粒子散射实验观察和结论
卢瑟福的α粒子散射实验观察和结论卢瑟福的α粒子散射实验观察和结论导言卢瑟福的α粒子散射实验是物理学史上具有里程碑意义的实验之一。
通过此实验，卢瑟福成功地证实了原子结构的基本概念，并揭示了原子核的存在。
本文将探讨卢瑟福的α粒子散射实验的观察结果和结论，并分享我对此实验的观点和理解。
1. 实验背景卢瑟福的α粒子散射实验于1911年进行，当时科学界对原子结构的理解还较为模糊。
卢瑟福希望通过实验来验证当时流行的“杜尔文模型”，即认为原子是由带正电的球体（原子核）和带负电的电子云组成的。
他选择使用α粒子（带有两个负电荷的氦离子）作为入射粒子，通过散射角度的观察来揭示原子的内部结构。
2. 实验过程卢瑟福将一束经过加速的α粒子照射到薄金属箔上，并在周围布置了一个荧光屏。
通过观察荧光屏上出现的散射点和角度，卢瑟福记录下了大量实验数据。
3. 实验观察结果卢瑟福的实验观察结果出人意料，与当时的预期相去甚远：(1) 大多数α粒子出射角度很小，接近与入射方向一致；(2) 一小部分α粒子发生明显的偏转，出射角度远离入射方向；(3) 极少数α粒子甚至发生180度的反向散射，返回入射方向。
4. 实验结论基于上述观察结果，卢瑟福得出了以下结论：(1) 原子具有较大的空隙，大部分α粒子可以直接穿过原子而不发生散射；(2) 原子中存在带正电的原子核，同时带负电的电子云位于其周围；(3) 发生明显偏转的α粒子与正电荷较大的原子核发生了相互作用；(4) 散射角度与入射粒子的能量和散射物质的原子核正电荷有关。
5. 对实验的观点和理解卢瑟福的α粒子散射实验提供了直接证据，证明了历史上首次提出的原子核模型。
此模型认为原子核位于原子的中心，其中带有正电荷，并且占据了大部分原子的质量。
这个实验打破了当时流行的汤姆孙模型，即认为原子是由均匀分布的正负电荷所组成。
对于实验的观察结果，我认为其中最令人震惊的是极少数α粒子的180度反向散射。
这意味着原子核的大小远远小于原子的整体大小，同时具有较大的正电荷。
《原子的核式结构模型》 导学案
《原子的核式结构模型》导学案一、学习目标1、了解原子结构模型建立的历史过程及相关实验。
2、理解卢瑟福的α粒子散射实验现象及原子核式结构模型的主要内容。
3、知道原子和原子核的大小数量级，以及原子核的电荷与质量数。
二、知识梳理（一）原子结构的探索历程1、古希腊哲学家德谟克利特提出了古典原子论，认为物质由不可分割的原子组成。
2、 19 世纪初，英国科学家道尔顿提出了近代原子学说，认为原子是不可再分的实心球体。
3、 19 世纪末，汤姆孙发现了电子，并提出了“葡萄干布丁”模型，认为原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子像葡萄干一样镶嵌在其中。
（二）α粒子散射实验1、实验装置α粒子源、金箔、荧光屏、显微镜等。
2、实验现象（1）绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
（2）有少数α粒子发生了大角度偏转，甚至有极少数α粒子的偏转角度超过了 90°，有的几乎达到 180°。
（三）原子的核式结构模型1、卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型：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核旋转。
2、原子核的大小：原子核的半径约为 10⁻¹⁵ 10⁻¹⁴ m，原子的半径约为 10⁻¹⁰ m。
（四）原子核的电荷与质量数1、原子核的电荷数：等于原子核中的质子数。
2、质量数：原子核内质子数与中子数之和。
三、重点难点解析（一）α粒子散射实验现象的解释1、由于原子核很小，绝大多数α粒子穿过金箔时，离原子核较远，受到的库仑斥力很小，所以它们的运动方向几乎不变。
2、少数α粒子离原子核较近，受到的库仑斥力较大，因此它们的运动方向发生较大的偏转。
3、极少数α粒子与原子核正碰，受到的库仑斥力很大，所以它们的运动方向发生大角度偏转，甚至被反弹回来。
（二）原子的核式结构模型与“葡萄干布丁”模型的区别1、“葡萄干布丁”模型认为正电荷均匀分布在整个原子中，而核式结构模型认为正电荷集中在原子核内。
十七原子物理1卢瑟福的核式结构模型行星式模型α粒子散射试验
十七 原子物理1.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）α粒子散射实验：是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。
这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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运动。
由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。
2.玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数。
） ⑴玻尔的三条假设（量子化）①轨道量子化r n =n 2r 1 r 1=0.53×10-10m ②能量量子化：21n E E n = E 1=-13.6eV★③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量h ν=E m -E n⑵从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。
原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。
（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV 的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。
2、天然放射现象⑴.天然放射现象----天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。
⑵.各种放射线的性质比较n 2H 21011+H n 111→①核反应类型⑴衰变： α衰变：e 422349023892H Th U +→（核内He n 2H 2421011→+）β衰变：e Pa Th 012349123490-+→（核内e H n 011110-+→）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
⑵人工转变：H O He N 1117842147+→+（发现质子的核反应）n E /eV∞ 0 -13.6-3.44 -0.85n C He Be 101264294+→+（发现中子的核反应）⑶重核的裂变：n 3Kr Ba n U 109236141561023592++→+ 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
4.3原子的核式结构模型 教案-2021-2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修3
4.3原子的核式结构模型〖教材分析〗首先通过实验说明阴极射线的存在，最后通过实验研究发现了电子。
电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义。
在此基础上汤姆孙提出了西瓜模型，a粒子散射实验结构否定了西瓜模型，提出了原子的核式结够模型。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道原子核式结够模型，体会物理模型建立的艰辛。
科学思维∶通过a粒子散射实验，知识通过宏观分析研究微观世界的方法。
科学探究：通过观察电子的发现过程实验和a粒子散射实验过程培养学生观察能力，感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任∶体会研究微观世界的一种科学方法，以及在科学方法论中的重要意义。
学习老科学家们的艰苦奋斗的精神，激发学生学习热情。
〖教学重难点〗教学重点：电子发现的过程、a粒子散射实验和原子核式结构。
教学难点：a粒子散射实验。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。
它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢?这种射线称为阴极射线。
历史上对阴极射线本质的认识有两种观点：德国科学赫兹认为原子就是最小的粒子，阴极射线是电磁波；英国科学汤姆孙他认为阴极射线是由运动的带电粒子组成的。
二、新课教学（一）电子的发现1.汤姆孙实验装置①K 产生阴极射线②A 、B 形成一束细细射线③D 1、D 2之间加电场或磁场检测射线的带电性质④荧光屏显示阴极射线到达的位置，可以研究射线的径迹。
问题：阴极射线的本质，通过什么原理来测定呢？ 因为带电粒子会在电场或磁场中偏转。
所以让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转。
如果阴极射线发生了偏转，那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的，说明阴极射线的本质是带电粒子流。
如果阴极射线没有发生偏转，表示阴极射线不带电，说明阴极射线的本质是电磁波。
2.汤姆孙发现电子汤姆孙发现，如果不加电场和磁场阴极射线就会直接打到p 1。
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。
卢瑟福的a粒子散射实验结论原理计算
卢瑟福的a粒子散射实验结论原理计算卢瑟福的α粒子散射实验是一个具有重要意义的物理实验。
该实验是由新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福于20世纪初进行的，实验中使用了α粒子（即氦离子或称α粒子）射向一个金属薄膜，并对散射角度和散射强度进行了观察和测量。
根据经典的电磁理论，当一个α粒子入射到坚硬物体上时，它会受到库仑力的相互作用。
根据库仑定律，这个作用力具有反比于距离的平方的关系，因此入射到金属薄膜的α粒子将会受到金属原子核的库仑力作用，与之发生散射。
卢瑟福实验的重要结论如下：1.大部分的α粒子直线穿过金属薄膜，只发生微小的散射。
这表明原子的大部分空间是由空隙构成的，因为α粒子直径比原子小得多。
2.少数的α粒子经过散射后，发现其散射角度很大。
这暗示了原子具有一个高度集中的、具有正电荷的中心区域，即原子核。
3.α粒子散射的散射角度与入射粒子的能量有关。
这表明散射的短距离库仑相互作用，与α粒子的能量相关。
根据以上结论，卢瑟福提出了最早的原子核模型，即卢瑟福散射模型。
根据该模型，原子由一个带正电荷的原子核和围绕核的负电荷电子云组成。
原子的大部分体积为空隙，几乎所有的质量都集中在原子核中。
卢瑟福散射实验结论的原理可以通过经典的库仑力和动量守恒定律来解释。
在实验中，当α粒子与金属原子核发生相互作用时，它们之间的库仑力导致了散射。
根据电磁力的方向，α粒子将会受到一个向外的力，从而发生向后的散射。
根据动量守恒定律，散射后的α粒子的动量也会改变，从而使其散射角度发生偏转。
根据电磁力的定性描述和动量守恒定律可以计算散射角度和散射强度。
实际上，卢瑟福通过对散射后α粒子的观察和测量，得出了散射角度与入射粒子能量之间的关系，并从而确定了原子核的存在。
总结起来，卢瑟福的α粒子散射实验结论揭示了原子内部结构的重要特征，尤其是原子核的存在。
这项实验在现代原子物理学的发展中具有深远意义，为原子核物理学的诞生奠定了基础，也为后来的量子力学的发展提供了重要线索。
a粒子散射实验
a粒子散射实验揭示原子有核模型的实验。
为E.卢瑟福等人所做，又称卢瑟福a 粒子散射实验。
J.J.汤姆孙发现电子揭示了原子具有内部结构后，1903年提出原子的葡萄干圆面包模型，认为原子的正电荷和质量联系在一起均匀连续分布于原子范围，电子镶嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振动。
1909年卢瑟福的助手H.盖革和E.马斯登在卢瑟福建议下做了a粒子散射实验，用准直的a 射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的a粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数a 粒子发生角度比汤姆孙模型所预言的大得多的偏转，大约有1／8000 的a粒子偏转角大于90°，甚至观察到偏转角等于150°的散射，称大角散射，更无法用汤姆孙模型说明。
1911年卢瑟福提出原子的有核模型，与正电荷联系的质量集中在中心形成原子核，电子绕着核在核外运动，由此导出a粒子散射公式，说明了 a 粒子的大角散射。
卢瑟福的散射公式后来被盖革和马斯登改进了的实验系统地验证。
根据大角散射的数据可得出原子核的半径上限为10-14米。
此实验开创了原子结构研究的先河。
原子结构模型的演变原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。
一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。
人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。
下面介绍的几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。
道尔顿原子模型（1803 年）：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。
汤姆生原子模型（1904 年）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
卢瑟福原子模型（1911 年）：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。
玻尔原子模型（1913 年）：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。
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。
卢瑟福的原子核式结构学说的 贡献
卢瑟福的原子核式结构学说的贡献
卢瑟福的原子核式结构学说是在1911年提出的，他的贡献有以下几个方面：
1. 提出了原子有一个中心的原子核。
在他的实验中，他使用了α粒子（即氦气离子）射向金属薄膜，观察到碰撞后α粒子的散射角度与其能量有关。
通过这些实验结果，他得出结论，原子中存在一个集中的、带正电荷的原子核。
2. 揭示了原子内部的空间结构。
卢瑟福的实验观察到，大部分α粒子会通过金属薄膜而不受散射，但一小部分α粒子散射角度较大。
他解释这种现象是由于散射的α粒子与原子核发生了近距离的静电排斥力作用。
这表明了原子内部存在着一个非常小而紧凑的原子核，而其外部则是一个大部分为空的区域。
3. 说明了电子分布在原子核外围的结构。
虽然卢瑟福的实验无法直接观察到电子，但通过他的实验结果，他认为电
子围绕着原子核运动，而且运动轨道分布在原子核外围的
空间中，形成了一个类似于太阳系行星绕太阳运动的模型。
卢瑟福的原子核式结构学说为后续的原子结构理论奠定了
基础，推动了原子物理的发展。
它的贡献在于揭示了原子
内部的结构，并提供了描述电子运动轨道的模型。
同时，
这个模型也为后来的量子力学理论提供了重要的启示。
卢瑟福散射公式的推导及谈α粒子散射实验的应用意义毕业论文
卢瑟福散射公式的推导及谈α粒子散射实验的应用意义摘要1909年卢瑟福和他的助手盖革（H.Geiger）及学生马斯登（E.Marsden）在做α粒子和薄箔散射实验时观察到绝大部分α粒子几乎是直接穿过铂箔，但偶然有大约1/8000α粒子发生散射角大于90°。
这一实验结果当时在英国被公认的汤姆逊原子模型根本无法解释。
在汤姆逊模型中正电荷分布于整个原子，根据对库仑力的分析，α粒子离球心越近，所受库仑力越小，而在原子外，原子是中性的，α粒子和原子间几乎没有相互作用力。
在球面上库仑力最大，也不可能发生大角度散射。
卢瑟福等人经过两年的分析，于1911年提出原子的核式模型，原子中的正电荷集中在原子中心很小的区域内，而且原子的全部质量也集中在这个区域内。
原子核的半径近似为10，约为原子半径的千万分之一。
α粒子散射实验是物理学史上具有里程碑意义的重要实验之一,评为“最美丽”的十大物理实验之三。
由α散射实验现象确立了原子的核式结构，为现代物理的发展奠定了基石。
从20世纪60年代中后期首先应用卢瑟福背散射于月球表面元素成分分析至今，成为成为一种常规的杂质成分、含量及深度分布、膜厚度分析手段。
本文首先介绍原子的的大小和质量，然后介绍原子有核模型提出的历史过程和α粒子散射实验的过程，根据α粒子散射实验中不可忽视的大角度散射引出卢瑟福原子模型，运用相关数学手段和理论力学的基本知识具体详细的推导出库伦散射公式和卢瑟福散射公式，指出了行星模型的意义和困难，并阐述了α粒子散射实验实际应用意义和α粒子试验仪在天体物理中的应用，在最后对相关数学手段和理论力学的相关知识进行了详细的介绍。
关键词：α粒子散射实验；库仑散射公式；卢瑟福散射公式；行星模型；原子稳定性AbstractIn 1909，Rutherford and his assistant Geiger (H. Geiger) and students Marsden (E. Marsden) doing α particles and thin foil scattering experiments observed that most of the α-particles is almost directly through the platinum foil But occasionally, about 1/8000α particles in the scattering angle greater than 90 °. The results of this experiment was to be accepted in the United Kingdom Thomson atomic model could not explain. Chiang Kai-shek in the Thomson model of charge distribution in the atom, based on the analysis of Coulomb force, α par ticles from the hot core closer, suffered the smaller Coulomb force, and in the atom, the atom is neutral, α particles and atoms almost no interaction. Coulomb force in the largest sphere, large angle scattering can not occur. Rutherford, who after two years of analysis, in 1911 proposed the nuclear atom-type model, the positive charge concentration of atoms at the atomic center of a very small area, and the atoms of all the quality of focus within the region. Radius of the nucleus is approximately 10, approximately ten-millionth of atomic radius. α-particle scattering experiment is a milestone in the history of physics in one of the important experiments, as the "most beautiful" of the top ten physics experiments III. Established by the α scattering behavio r of atoms and nuclear structure, the development of modern physics have laid a foundation. 60 years from the late 20th century, first applied Rutherford backscattering elemental composition analysis on the lunar surface so far as to become a routine impurity content and depth distribution, film thickness analysis tool. This paper describes the size and quality of the atom, then introduces a nuclear atom model proposed by the historical process and α-particle scattering process, according to α-particle scattering experiment can not be ignored in the large angle scattering leads to Rutherford atomic model, the use of relevant mathematics tools and basic knowledge of theoretical mechanics specific detailed Coulomb scattering formula is derived and the Rutherford scattering formula, that the planetary model of the significance and difficulties, and described the practical application of α-particle scattering experiment significance and α particle tester in astrophysics application of mathematical methods in the final of the relevant knowledge and theoretical mechanics, a detailed description.Keywords：Alpha particle Scattering experiments; Coulomb scattering formula; Rutherford formula; planetary model; Atomic stability目录绪论-------------------------------------------------------- 1第一章背景知识-------------------------------------------- 31.1 电子的发现------------------------------------------------------- 3 1.2 电子的电荷和质量-------------------------------------------------- 4 1.3 阿伏伽德罗常数---------------------------------------------------- 4 1.4 原子的大小------------------------------------------------------- 4第二章原子核式结构理论提出的历史过程----------------------- 62.1 汤姆孙在发现电子后提出的原子结构设想------------------------------ 6 2.2 开尔文原子模型---------------------------------------------------- 6 2.3 汤姆孙的葡萄干—布丁原子模型-------------------------------------- 7 2.4 勒那德的原子模型-------------------------------------------------- 7 2.5 长岗的土星原子模型------------------------------------------------ 8 2.6 尼克尔森的初始物质原子结构--------------------------------------- 9第三章α粒子散射实验及大角度散射现象的思考--------------- 103.1 α粒子散射实验--------------------------------------------------- 10 3.2 大角度散射现象引出的思考和核式模型的由来------------------------- 11第四章库伦散射公式及卢瑟福散射公式的推导------------------ 144.1 库伦散射公式----------------------------------------------------- 14 4.2 卢瑟福散射公式--------------------------------------------------- 16第五章卢瑟福理论的实验验证------------------------------- 185.1 卢瑟福散射公式的拓展--------------------------------------------- 18 5.2 卢瑟福理论的实验验证--------------------------------------------- 19 5.3 关于小角与180°处的卢瑟福公式----------------------------------- 21第六章α粒子散射实验的应用意义--------------------------- 226.1 对于α粒子散射实验的回顾和一些说明------------------------------ 22 6.2 用α粒子散射实验估计原子核大小--------------------------------- 22 6.3 α粒子散射实验的新应用——卢瑟福背散射分析---------------------- 24 6.4 粒子散射实验给我们今天留下的财富 ----------------------------- 24第七章行星模型的意义和困难-------------------------------- 267.1 行星模型的意义--------------------------------------------------- 26 7.2 行星模型的困难--------------------------------------------------- 26参考文献--------------------------------------------------- 28附录------------------------------------------------------- 29附录A 中心力---------------------------------------------------- 29附录B 极坐标------------------------------------------------------ 30附录C 两体问题--------------------------------------------------- 33绪论原子物理学是研究原子结构，运动规律及相互作用的物理学的一个分支，主要研究：原子的电子结构、原子光谱、原子之间或与其他物质的碰撞过程和相互作用。
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。
2020年高考复习微专题—原子结构和氢原子光谱习题选编 含答案
微专题—原子结构与氢原子光谱习题选编一、单项选择题1、关于卢瑟福的α粒子散射实验和原子的核式结构模型，下列说法中不正确的是（ ） A ．绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进B ．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上C ．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论D ．卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了氧原子光谱的实验 2、关于原子结构和玻尔理论，下列说法中正确的是（ ） A ．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构 B ．玻尔在研究原子结构中提出了电子云的观念C ．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型D ．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量减小3、图示是氢原子的四个能级，当氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝3的能级时，辐射出光子a .当氢原子从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级时，辐射出光子b .则以下判断正确的是( )A ．光子a 的能量大于光子b 的能量B ．光子a 的频率大于光子b 的频率C ．光子a 的波长大于光子b 的波长D ．在真空中光子a 的传播速度大于光子b 的传播速度4、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( ) A ．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大 B ．原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小 C ．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小 D ．原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大5、氢原子从能量为m E 的较高激发态跃迁到能量为n E 的较低激发态，设真空中的光速为c ，则氢原子 A ．吸收光子的波长为()m n c E E h -B ．辐射光子的波长为()m n c E E h-C ．吸收光子的波长为nm chE E -D ．辐射光子的波长为nm chE E -6、2He ,Li ++等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”。
α粒子散射实验
用于放大荧光屏上的轨迹，以便 更准确地观察和分析。
实验操作步骤
01
02
03
04
步骤1
将金箔放置在实验装置中适当 的位置。
步骤2
启动α粒子源，使粒子通过金 箔。
步骤3
使用显微镜观察荧光屏上散射 后的α粒子轨迹。
步骤4
记录并分析观察到的轨迹数据 ，得出结论。
03 α粒子的散射现象
散射分布
散射分布描述了α粒子在穿过物 质时在不同方向上的散射情况。
实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金 箔后仍沿原来的方向前进，说明原子 内部绝大部分空间是空的，原子核所 占的空间非常小。
极少数α粒子发生了较大的偏转，并有 极少数α粒子的偏转超过90°，甚至几乎 达到180°而被反弹回来，说明原子核带 正电荷且质量很大。
对后续研究的影响
α粒子散射实验为卢瑟福提出 原子核式结构模型奠定了基础。
对物质波的发现
实验中观察到的α粒子散 射轨迹呈现波动性，为德 布罗意物质波理论的提出 提供了实验依据。
02 实验装置与操作流程
金箔
厚度
金箔的厚度通常在 0.05mm左右，以确保足 够的强度和稳定性。
纯度
为了确保实验结果的准确 性，金箔的纯度要求极高， 通常为99.9%或更高。
制备
金箔通常是通过将纯金压 延成薄片，然后切割成适 当的大小制备而成。
α粒子的性质
01
α粒子是氦原子核，带2个正电荷， 质量约为质子的4倍。
02
α粒子具有强电场和相对较大的质 量，因此具有较大的穿透能力和散 射概率。
实验目的与意义
01
02
03
验证原子核式结构
通过观察α粒子散射实验， 可以验证卢瑟福提出的原 子核式结构是否正确。
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。
卢瑟福散射 实验报告
卢瑟福散射实验报告卢瑟福散射实验报告引言：卢瑟福散射实验是20世纪初物理学家欧内斯特·卢瑟福进行的一项重要实验，通过观察α粒子在金属箔上的散射现象，揭示了原子结构中的核心概念。
本文将对卢瑟福散射实验进行详细介绍，并探讨其对原子理论的贡献。
实验装置与方法：卢瑟福散射实验主要使用了阻挡放射性α粒子的金属箔和荧光屏。
实验时，α粒子从放射源发射出来，经过一系列的准直装置后，射到金属箔上。
箔片上的α粒子会发生散射，一部分散射到荧光屏上，形成亮点。
通过观察亮点的分布情况，可以推断出α粒子在金属箔中的散射规律。
实验结果与讨论：卢瑟福实验的最重要结果之一是发现了一个非常小而密集的正电荷核心，即原子核。
通过对散射角度的测量和分析，卢瑟福得出结论：α粒子在经过金属箔时，与核心发生散射的概率与散射角度的平方成反比。
这一结论被称为卢瑟福散射公式。
卢瑟福散射公式的推导与解释：卢瑟福散射公式的推导基于库仑力的作用。
当α粒子靠近原子核时，它受到核心的正电荷吸引，同时也受到库仑斥力的作用。
根据库仑定律，这两个力与距离的平方成反比。
因此，当α粒子靠近核心时，它的散射角度会增大。
卢瑟福散射公式的解释也揭示了原子的空间结构。
根据公式，α粒子在经过金属箔时，只有极小的一部分发生散射，而大部分直线通过。
这表明原子内部存在着大量的空隙，α粒子可以穿过这些空隙而不与核心发生碰撞。
而当α粒子与核心发生碰撞时，它们的散射角度较大，说明核心的大小相对较小。
卢瑟福散射实验对原子理论的贡献：卢瑟福散射实验的结果对于原子理论的发展产生了深远的影响。
首先，实验结果证实了汤姆逊提出的“杏仁布丁模型”是错误的。
根据杏仁布丁模型，原子是由均匀分布的正电荷和电子组成的，而卢瑟福实验的结果表明，原子核的正电荷集中在一个非常小的区域内，而电子则分布在核外的轨道上。
其次，卢瑟福散射实验为后来的量子力学理论奠定了基础。
实验结果揭示了原子内部的空隙结构，这启发了后来量子力学理论中的波粒二象性概念。
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卢瑟福α粒子散射实验与原子核式模型的建立
1907年7月，卢瑟福从蒙特利尔到达曼彻斯特，成为曼彻斯特实验室主任，10月他担
任了该城维多利亚大学朗斯沃席（Lanysworthy）物理学教授的职务。
他最早的行动之一是
理出一个“可能研究”的项目清单，其中之一是“α射线的
散射”。
这是他与盖革合作的几个课题之一。
盖革从1906年
起就一直在曼彻斯特，是卢瑟福的前任舒斯特（Schuster
Arthur，1851～1934）的助手。
1908年6月，盖革独立完成的一篇关于α粒子散射的
文章，α粒子的辐射源是从几毫克溴化镭（RaBr2）中射出
的一束很确定的α射线，散射体是一块薄金箔或铝箔；用闪
烁计数法来检测α粒子。
两种材料都用来作过观察，但是更
多的是用金箔，箔片厚度相等。
盖革得出结论：“某些α粒
图11－2为卢瑟福和盖革在曼彻斯特实子被偏转到一个相当大的角度……更充分的研究将使我们
能够从理论的观点探索这一结果。
”
1909年初的一天，当卢瑟福步入盖革的房间的时候。
房里还有盖革的一位“在科学上
充满乐趣和激情”20岁大学本科生的年轻助手，他的名字叫欧内斯特·马斯顿（Marsden Sir Ernest，1889～1970）。
马斯顿回忆说：“有一天卢瑟福走进房间，当时我们正在那儿计数α
粒子，他转向我说：‘你们用一块金属表面直接反射α粒子，看能否得到什么效果。
’我不以
为他期望得到什么结果，但这个预感正如其他诸多预感一样，说不定会使我们观察到一些东西……令我惊奇的是，我确实观察到了期待中的效果……我清楚地记得一星期以后，当我在
通向卢瑟福私人房间的楼梯上遇到他时，向他报告了这个结果。
”
1909年5月由盖革和马斯顿提交的一篇论文，粒子辐射源是镭射气形成的氡（Rn222），
还是利用闪烁计作为探测器。
主要的结论是：“大约有1/8000的入射α粒子被反射”，即散
射角超过90o。
文章中也含有被散射的α粒子的总数目的初始信息，他们还把这一散射视为
散射箔金属的函数。
1/8000，对于这样的实验事实，卢瑟福感到十分惊奇。
正如他曾经描述
过他对这一结果的反应：“这种事情如此地不可能，就好象你用15英寸的炮弹射击一层薄纸，
但炮弹却被薄纸弹回来打中自己一样的不可思议。
”因为从牛顿力学的计算我们知道，当入
射的质量大于靶粒子时，它是只会受到散射角小于90°的向前散射。
而根据当时流行的J．J．汤
姆逊原子模型，原子质量和电荷被认为是均匀分布在原子球体内，这样分散的分布是无法使
得运动得很快、具有很大动量的粒子往回散射的。
对于这个结果，他首先考虑到α粒子是受
到电磁力的作用。
在运用库仑定律计算后，他发现要使速度惊人的α粒子弹回来，必定是其
受到原子内的强电场作用，而要达到这个强度，原子内正电荷必须集中在直径为厘米的球
形范围内，且这个小球是很重的，这说明了什么？这说明原子里的大部分是空荡荡的！据此
卢瑟福不得不假设原子中的正电荷和质量并非均匀分布而是集中于一点上。
但1910年，J．J．汤姆逊为了进一步展开自己提出的原子模型，又提出了关于高速带电
粒子穿透物质薄层时散射角分布的理论（多次散射理论），并被克劳瑟（J．A．Crowther）
通过β射线散射的实验所证实。
此时的卢瑟福，因受到J．J．汤姆逊的实心带电球原子模型，
无法用小角度散射的积累（复合散射）予以解释而感到迷惑不解。
此后，卢瑟福反复思考，
一个偶然的α粒子为什么会偏转? 为何α粒子的大角散射不能用大量小角的积累(复合散射
理论)来解释？在反复计算实验结果后得出一个重要的结论：绝大多数的大角散射应为一次
碰撞的结果。
从而准确地描述了解决原子有核模型问题的一个关键点——整个的偏转必须是
单独的一次完成的结果，因此就必须假定在原子内部有强电场的存在，而原子有核模型可以
提供这样的强电场。
卢瑟福在后来的论文开头是这样写的：“众所周知，α、β粒子与物质原子碰撞之后将从其直线运动偏折。
对于β粒子，要比α粒子散射得更厉害，因为β粒子的动量和能量小得多。
这些快速运动粒子的轨道会穿越原子，并且观测到的偏折是由于原子系统中存在着强电场，这两点似已无疑问。
一般都假设，α、β射线在穿过物质薄片时遭到的散射是由于物质原子多次微弱散射的结果。
但是盖革和马斯登的α射线散射观测却表明α射线有一部分经单次碰撞必定会遭到大于直角的偏折。
例如他们发现，入射α射线的一小部分，大约两千分之一，在穿过约0.00004厘米厚的金箔时发生了平均为90°角的偏折。
盖革随后证明，α射线穿过这样厚的金箔，其偏折角最可几值约为0.87°。
根据概率论作一简单计算，表明α粒子偏折到90°角的机会是极小的。
另外，可以看到，如果把大角度偏折看成是多次小偏折造成的，则α粒子的大角度偏折应按期待的概率规律有一定分布，但实际上并不服从这个概率规律。
似乎有理由假设，大角度偏折是由于单个原子的碰撞，因为第二次碰撞能产生大角度的机会在大多数情况下是极为微小的。
简单的计算表明，原子一定是处于强大电场的位置中，以致于一次碰撞竟能产生这样大的偏折。
”
卢瑟福感到非要做理论物理学家不可，这是因为如果不这样，他就不能解释来自他实验室的实验数据。
盖革回忆大致是1910年末或 1911年初：“有一天［卢瑟福］来到我的房间，心清显然非常之好，他告诉我他现在知道这原子是怎么样的了，以及大角散射意味着什么。
”1911年3月7日，卢瑟福把他的主要结果以题为《物质对α与β粒子的散射及原子的结构》论文呈交给曼彻斯特文学和哲学学会，具有决定意义的文章出现在《哲学杂志》5月号上。
卢瑟福的原子模型引用了散射截面)(θσ的概念，其结果可以写为：
2
/sin 4)()(4222
θυθσm NeQ =，其中υ，m ，Q 分别是α粒子的速度、质量和电荷。
Ne 是核的带电量。
卢瑟福散射截面表式包含的信息显然比这些数据多得多。
卢瑟福证实了他的理论在定性上符合盖革和马斯顿的大角度散射，与原子序数相关，以及符合盖革有关平均的散射角的结果。
盖革记得，“可能就在同一天，我开始检验卢瑟福预言的粒子数和散射角之间的关系”。
后来盖革与马斯顿进一步合作，并得到的结果令人满意。
卢瑟福的原子核式模型认为：在原子中心有一个体积很
小的带正电的核，这个核具有原子的大部分质量，电子
沿轨道绕核旋转，像行星绕太阳一样。
某元素原子核的
正电荷数等于该元素在周期表上的序数，也就是沿轨道
旋转的电子数。
因此就整个原子来说，在电荷上是中性
的。
卢瑟福的原子模型还有以下事实作证：重元素比轻
元素散射的α粒子多得多，这是由于重元素的核电荷和
质量比较大的缘故。
卢瑟福对自己提出的模型颇有信心，但是这一模型
也有在当时看来无法克服的困难。
譬如：原子的稳定性
就是一例，电子如果绕核旋转，按麦克斯韦的电磁理论，
电子将释放电磁能量，而且可以很容易算出，只需要很短的时间（百分之几秒）电子就将失去全部的动能，因而将迅速被带正电的核吸引到核上去，就像宇宙空间的陨石由于万有引力而落到地球上一样，即“原子坍塌”。
但宇宙中的原子并没有坍塌，多少亿年之后的今天，原子仍然存在就是一个的证明（这一困难在几年之后由玻尔解决了）。
带电的核由于同性相斥，核内各个组成部分挤得那么紧，相互排斥力很大，那它们又怎么能够结合在一起呢？这个严重的问题，直到近50年以后才由新的理论来解决。
此后，卢瑟福公式有了许多精细的
图11-3为卢瑟福的原子核式结构模型
改进：原子中电子对原子核的库仑场的屏蔽，原子中电子自身对散射的贡献，自旋和相对论效应，有限原子核大小的影响，固态效应——以及强相互作用的影响等等引起的修正。