物质的微观结构教材

第十二章 物质的微观结构

A 、 原子的核式结构

【知识点1】了解．．

电子的发现 1、英国物理学家汤姆逊对阴极射线进行了一系列的实验研究，1897年，他确认阴极射线是由质量小于氢原子质量千分之一的带负电的粒子组成的，汤姆逊把这种粒子叫电子。以

后美国物理学家密立根精确地测定了电子的电量，电子的电量是e=1.6×10-19C ；电子的质量

是m=0.91×10-30kg 。

2、汤姆逊发现电子，是物理学史上的重要事件。电子比已知的最小的原子还要小，它说明原子不是构成物质的最小微粒，原子本身也具有结构，原子还可以再分，这样“原子不可分”的观念就彻底被否定了。

通常情况下，原子是电中性的，而电子是原子的组成部分，电子带负电且质量又很小，那么原子里一定还有带正电的且集中了原子几乎所有质量的部分。电子和原子中带正电的部分是怎样组成原子的呢？科学家们曾提出了几种原子模型，汤姆逊提出的原子模型是：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子则镶嵌在球内（“枣糕型”）。

【知识点2】知道．．

α粒子散射实验 1、实验目的：英国物理学家卢瑟福想证明汤姆逊原子模型的正确性，1911年起做了“α粒子散射实验”。所谓“α粒子散射实验”是用放射性元素钋放出的α粒子束，轰击金箔的实验。实验结果却否定了汤姆逊原子模型。

2、为什么用α粒子轰击金箔？原子的结构非常紧密，要认识原子的组成，需要用高速粒子对它进行轰击，以便对产生的物理现象进行分析。由于α粒子具有足够的能量，有可能接近原子的中心，并且α粒子还可以使荧光物质发光，如果α粒子因与其它粒子发生相互作用而改变了运动的方向，便可在荧光屏上显示出它的方向变化，因此卢瑟福用α粒子散射的方法来研究原子的结构。

3、实验装置：主要由：放射源、金箔、荧光

屏、显微镜和转动圆盘几部分组成，如图12-A-1所示。放射源钋放出α粒子；为避免气体分子对α

粒子的运动产生影响，整个装置放在真空中；使

用金箔的目的有二个：（1）金有极好的延展性，

便于制成很薄的金箔，使α粒子在穿过金箔的过

程中只与某一个金原子发生相互作用，（2）金的原子序数很大，这样金原子跟α粒子有足够大的库仑力，使产生的物理现象更为明显。实验过程中，荧光屏和显微镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子的径迹。

4、实验结果以及对结果分析：

实验的结果：α粒子穿过金箔后“绝大多数”沿原来的方向前进； “少数”发生了较大的偏转； “极少数”发生了大角度偏转；“有的甚至”被反弹。

对结果分析：由于电子带负电，其质量约为α粒子的1／7300，不可能使动能较大的α粒子产生大角度偏转。若按汤姆逊原子模型，原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，α粒子穿过原子时由于α粒子周围正电荷对它的斥力有相当一部分互相抵消，使α粒子偏转的力也不会很大，因此α粒子的大角度偏转说明汤姆逊模型与实验事实不符。实验现象中的“绝大多数”α粒子穿过金箔后方向没有明显改变，表明α粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分几乎是空的，实验现象中的“极少数”α粒子发生了大角度偏转，“有的甚至”反弹回来，说明α粒子在原子中的某些地方受到了质量、电量均比α粒图12-A-1

子本身大得多的原子核的作用。

【知识点3】知道

．．卢瑟福原子核式结构模型

卢瑟福原子核式结构学说是：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所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。

原子半径大约是10-10m，核的大小约为10-14～10-15m，假如把原子核比作一个乒乓球，那么整个原子就有一个足球场大；原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，最小的原子核是氢原子核，其质量是核外电子质量的1840倍；电子绕核高速旋转，就如太阳系中行星绕着太阳运转一样。电子做圆周运动所需要的向心力是原子核对电子的库仑力。

根据原子的核式结构学说，α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小，运动方向基本不变.只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转，产生散射.根据α粒子散射实验的数据可估计出原子核直径的数量级为10-14～10-15m，原子直径的数量级约为10-10m，可见整个原子是十分“空旷”的。

【典型例题】

例1：α粒子散射实验中，图12-A-2所示的α粒子的运动轨迹中不可能能存在的是……………………（）

（A）（l）；（B）（2）；（C）（3）；（D）（4）。

α粒子是氦原子核，带正电，金核也带正电，因而它们间的

库仑力是斥力。所以图12-A-2中的轨迹（2）和（3）是不可能

的，故应选（B）、（C）。

[解题关键]

理解α粒子散射的原因。

例2：下列叙述中，不属于卢瑟福原子核式结构学说内容的，或有错误的是……（）（A）原子的全部正电荷集中在一个很小的核上。

（B）原子的全部质量集中在一个很小的核上。

（C）电子在核外绕核做圆周运动。

（D）电子运动的可能轨道对应一系列不连续的能量。

[分析与解]

卢瑟福的原子核式结构学说解决了原子中正电荷的分布问题，（A）显然正确。负电荷的分布问题在核式结构学说中只提及电子在核外绕核运动，没有涉及可能轨道的问题，因而（D）是不属于卢瑟福原子核式结构学说内容的，（C）是正确的。又电子在核外，因而原子的质量只是几乎全部集中在核内，核外还有电子的质量，选项（B）是错误的，故应选（B）、（D）。

[解题关键]

要全面、正确地理解卢瑟福的原子核式结构学说的内容。

[练习题]

1．下列的说法正确的是…………………………………………………（）

（A）阴极射线管的阴极与电源的正极相连接；

（B）阴极射线管的电源使用交流电；

（C）阴极射线垂直电场方向进入电场后会发生偏转；

（D）阴极射线是由带负电的电子组成的。

2.卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是，在用α粒子轰击金箔的实验中，发现α粒