原子核模型PPT课件
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原子结构的模型(PPT课件(初中科学)26张)
金金属箔
[1]大多数粒子不改变本来的运动方向，原因是：
原子内有较大的间隙。
。
[2]有小部分改变本来的运动路径，原因是： α粒子受到了同种电荷互相排挤作用而改变了运动方向。。
[3]极少数被弹射了回来，原因是： α粒子撞击到了带正电荷、质量大、体积很小的核。 。
自从卢瑟福用α粒子轰击了金属箔后，使人 们对原子内部的结构有了更深入的了解，从而对 原子内部结构的认识更接近了它的本质。
2.汤姆生的原子结构模型
汤姆生模型 （西瓜模型）
探究：卢瑟福的α粒子散射实验
1911年，英国科学家卢瑟福 用带正电的α粒子轰击金属箔， α粒子源 实验发现多数α粒子穿过金属箔 后仍保持本来的运动方向，但有 少量的α粒子产生了较大的偏转。
金金属箔
探究：卢瑟福的α粒子散射实验
1911年，英国科学家卢瑟福 用带正电的α粒子轰击金属箔， α粒子源 实验发现多数α粒子穿过金属箔 后仍保持本来的运动方向，但有 少量的α粒子产生了较大的偏转。 问题思考：
在化学变化中可分的微粒是（ B ） A．原子 B.分子 C.电子 D.原子核
6.下列叙述正确的是……………（ B ） A．原子核都是由质子和中子构成的 B．原子和分子都是构成物质的一种粒子，它 们都是在不停地运动的 C．原子既可以构成分子，也可以构成物质 D．物质在产生物理变化时，分子产生了变化， 在产生化学变化时，原子产生了变化
原 子
原子核 (+)
质子:一个质子带一个单位的正电荷 中子: 中子不带电
电子: 一个电子带一个单位的负电荷
( —）
原子核所带的电荷数简称为核电荷数。
说一说：以氧原子为例解说原子的结构
电子:8个，带8个单位负电荷
原子的核式结构模型25张PPT
动画：α粒子散射
课堂小结
实验中发现极少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反 弹回来，表明这些ɑ粒子在原子中某个地方受到了质量、 电量均比它本身大得多的物体的作用，可见：
1.原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。 绝大多数α粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空” 的。 2.少数α粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。 3.极少数α粒子被弹回 表明：作用力很大；质量很大；电量集中。
教材习题解答
1、答：反射源:α粒子 金箔：被α粒子轰出的物质。 带有荧光屏的放大镜。整个装置置于真空中α
粒子打在银光屏上有微弱的光，由于放大镜能够 围绕金箔在一个圆周内运动，因此可以通过它观 察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子。
观察到的现象是:绝大多数α粒子穿过金箔后基 本上沿着原来方向前进，少数α粒子发生了大角 度偏转，偏转超过了90度，极少数像是被弹了回 来去。
原子
原 子核
电子
中子
质子
核外电子数
+ = 质量数A
中子数
质子数Z
原子序数 核电核数
高考链接
1、根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说 法正确的是（ D）
A.原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围 内
B.原子中的质量均匀分布在整个原子范围内 C.原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原 子范围内 D.原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很 小的区域范围内
本节导航 一、 α粒子散射实验 二、原子核的电荷与尺度
一、α粒子散射实验
原子正负电荷分布的研究 汤姆生的原子模型
被a粒子散射实验否定 卢瑟福提出新的假设（核式结构模型）
数学推理 与实验事实的对照
卢瑟福（Lusefu）， 在他66年的生涯中，他阐 述了放射性衰变的理论， 鉴定出α粒子（氦核24He）、 β粒子（电子流-10e）和γ 射线（光子），发现了原 子核，第一次用人工的方 法将一种元素转变为另一 种元素。直接培养了11名 诺贝尔奖获得者。
原子核的壳模型全
③、由实验值知道
E l
能12 级在
能El级12 的下面，所以要求f(r)<0。
④、适当选择自旋—轨道耦合强度f(r)后，就可以解释全部的幻数。
对于原子情况：
2 1 dV (r) f(r)
2me2c2 r dr 这里V(r)可取库仑势：
V (r) ~
Ze 2
r
对于原子核的情况f(r)近似取同样的形式。
最简单的中心场势为方阱势，谐振子势及Woods-Saxon势，下面分别 讨论：
（1）、球方阱势
V (r) 0V0
r R(V0 0) rR
R---势阱半径
V0---势阱深度 （2）、球形谐振子势
V
(r)
1 2
m 2r 2
V0
（V0=Constant）
m--核子质量 (2V0 / mR 2 )1/ 2
5、自旋—轨道耦合
在谐振子势阱和方势阱的讨论中，我们都没有考虑核子的自旋和轨道耦合问题。
实验表明，核子的自旋—轨道耦合不但存在，而且这种耦合作用是很强的。
1949年，在大量实验事实的启示下，M.G.Mayer and J.H.D.Jensen独立提
出了强自旋—轨道耦合模型，使问题的解决有了关键性的突破。他们把方势阱和
对某一个确定的n,l相同的状态，能量都一样，因而某一给定l的2l+1个状 态，能量都相同。
由泡利不相容原理，对于自旋s=1/2的电子，它服从泡利原理。这样，在 能量相同的同一个l能级上总共可以容纳2(2l+1)个电子。
对于l=0,1,2,3,4,5,6,7,分别用s,p,d,f,g,h,I,j,…表示 ∴对于s能级，最多容纳的电子数N=2
第二，核中的核子的密度与原子中的电子密度相比，大得不可比拟，以致 核子在核中的平均自由程可以比核半径小得多，于是可以想象核子间似应不 断发生碰撞，因而很难理解在核子中的运动可以是各自独立的。
原子的核式结构模型课件
二、电子的发现
1.汤姆孙的探究
(1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据偏转情况,证明它是B(A.
带正电 B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。
(2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同。证明这
种粒子是构成各种物质的共有成分。
(3)进一步研究新现象,不论是由于正离子的轰击,紫外光的照射,
金属受热还是放射性物质的自发辐射,都能发射同样的带电粒子—
核库仑斥力的作用,所以选项D错误,C正确。
答案:C
—电子。由此可见,电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物
质单元。
2.密立根“油滴实验”
(1)精确测定电子电荷。
(2)电荷是量子化的。
3.电子的有关常量
→电性:负电
→电量: = 1.602 × 10-19 C,与氢离子
组成
阴极射线
电子 带电量相同
成分
→质量:e = 9.1 × 10-31 kg
四、α粒子散射实验
1.α粒子
α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,含有两个
单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍。
2.实验方法
用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔,用带有荧光屏的放大镜,在
水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察,根据散射到各方向的α
粒子所占的比例,可以推知原子中正、负电荷的分布情况。
很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。
2.原子核的电荷与尺度
原子结构
问题探究
1.1808年,英国化学家道尔顿根据化学实验的结果,发表了“原子
论”,说明物体是由原子组成的,同时他又断定:原子就像一个实心球,
是不能分割的,他的这种观点现在看来正确吗?
原子结构的模型PPT课件(初中科学)
的物质。
实验现象：燃烧后瓶内出现了白烟，冷却后变成了白色
固体——食盐。
带电的原子——离子
金属钠在氯气中燃烧时，钠原子失去一个电子形成 带正电荷的钠离子（阳离子），氯原子得到电子形成带 负电荷的氯离子（阴离子）。带有相反电荷的钠离子和 氯离子之间相互吸引，构成中性的氯化钠。
带电的原子或原子团叫做离子 带正电的离子叫做阳离子 带负电的离子叫做阴离子
掀开原子核的秘密
质子、中子和电子
电子是带负电的，我们常常把一个电子所带 的电荷量大小叫做一个单位的电荷。
根据科学家的测定：中子是不带电的；一个 质子带一个单位正电荷（与一个电子所带的电 荷等量异号）。
如氧原子核内有 8 个质子，则氧原子核带 8 个单位的正电荷（即 +8 ）。
科学上把原子核所带的电荷数称为核电荷数 。如氧原子的核电荷数为 8 。
掀开原子核的秘密
碳原子的结构
碳原子有 6 个核外电子，它的原子核含有 6 个质子和 6 个中子。
掀开原子核的秘密
氧原子的结构
氧原子有 8 个核外电子，它的原子核含有 8 个质子和 8 个中子。
掀开原子核的秘密
铁原子的结构
铁原子有 26 个核外电子，它的原子核含有26 个质子和 30 个中子。
分析下表：在一个原子中哪些项目的数目总是 相等的？
同种元素的不同种原子，它们的质子数、 电子数相同，但中子数不同。
原子的孪生兄弟——同位素
我们把原子中核内质子数相同、中子数 不相同的同类原子统称为同位素原子。
8个质子 8个中子
A
8个质子 9个中子
B
8个质子 10个中 子
C
上面三种氧原子都属于氧元素的同位素原子
原子的孪生兄弟——同位素
原子的核式结构模型 课件
二、α粒子散射实验
卢
瑟
福
著名的 粒子散射实验装置
真空 放射源
ห้องสมุดไป่ตู้金箔
可转动的带 有荧光屏的 放大镜
二、α粒子散射实验
著名的 粒子散射实验装置
真空 放射源
金箔
可转动的带 有荧光屏的 放大镜
作用：
统计散射到各个方向的α粒子所占的比例， 可以推知原子中正负电荷的分布情况
二、α粒子散射实验
思考和讨论：
根据汤姆孙原子模型，α 粒 子可能的前进方向？
根据卢瑟福的原子结构模型，原子内 部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：
10-10m 原子
体育场
原子核 10-15m
卢瑟福本人是一位伟大的物理学家，这是无需置疑的。但他同时 更是一位伟大的物理导师。
尼尔斯·玻尔：1922年诺贝尔物理奖得主，量子论的奠基人和象 征。在曼彻斯特跟随过卢瑟福。
保罗·狄拉克：量子论的创始人之一，1933年诺贝尔物理奖得主。 狄拉克获奖的时候才31岁，他对卢瑟福说他不想领这个奖，因为 他讨厌在公众中的名声。卢瑟福劝道，如果不领奖的话，那么这 个名声可就更响了。
汤姆生的原子模型
枣糕模型
汤姆生的原子模型： 原子是一个球体；正 电荷弥漫性地均匀分 布在整个球内，而电 子都象枣子那样镶嵌 在原子里面．
正电荷
这个模型不
久就被实验事
电子
实否定了
一、勒纳德电子束实验：
使电子束射到金属膜上
现象： 较高速度的电子束很容易穿透原子
推断： 原子不是一个实心球体
矛盾： 与汤姆孙的原子模型（实心）不符
原子中带正电部分的体积很小，但几 乎占有全部的质量——原子核，电子 在原子核的外面运动。
第三节原子结构的模型PPT课件(初中科学)
6
6
中子数
6 7 8
核外电子数
6 6 6
特点
元素
原子
（宏观 概念） 只说几种元素，不说几个元素 只讲种类，不讲个数 （微观 概念） 既说种类，也说个数
3、同位素原子的应用
同位素原子在工业、农业、医疗、国防等方面 有着广泛的应用。
（1）工业方面 核电站
利用铀元素的同位素U235的裂变反应释放的能量
中子数不相同
质子数相同，中子数不同的原子互为同位素原子
2、同位素 我们把原子中核内质子数相同、中子数不相同 的同类原子互为同位素原子。
例如，上述 3种氧原子的原子核内均含 8个质 子，而中子数不同，它们互为同位素原子。 元素是同位素原子的总称，同位素原子是一种 元素的不同种原子。
大多数元素都有同位素原子。
浙江秦山核电站一期
浙江秦山核电站三期
（2）农业方面
跟喂 踪食 牛含 的有 消同 化位 吸素 取的 情饲 况料 。，
同位素养谱分析仪，用稳定同位素原子作为示踪原子 。
分别标记CO2和H2O，证明光 合作用释放的O2全部来自于水。
（3）医疗方面
利用放射性同位素射线对一些脏器进行扫描，诊断肿 瘤等疾病。
如汞元素就有 7种稳定的同位素原子。 氢元素也有 3种同位素原子。
氢的3种同位素
质子数+中子数=质量数
162C
核电荷数
氕
1 1
H
氘
2 1
H
氚
3 1
H
（即质子数）
为了区分元素的同位素原子，有时把质子数和
中子数的总数标出以示区分。
原子种类 核电荷数 质子数
碳 的
碳—12
6
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1 2
l
C(r)
(l
.
1)
j l 1/ 2 j l 1/ 2 C24A2/3(Me23)V
原子核的壳层模型
附加能量
1l E j 2C ( (l1 ) 能级分裂
jl1/2 jl1/2
E E j 1 /2 E j 1 /2 (2 l 2 1 )C 原子核内的自旋-轨道耦合相当强，所引起的能级分 裂相当大
.
24
原子核的壳层模型
核子的自由运动
SS1S2
. 8
核力 核力的主要性质
核力的自旋-轨道耦合力成分 n-p散射：出射的中子部分极化，说明存在非中心力场。 但计算表明：仅非中心力场不能给出与实验相符的极化度。 自旋-轨道耦合力：
VLSVLS(r)lS
自旋-轨道耦合作用只存在于自旋三重态中
. 9
核力 核力的主要性质
核力的排斥力芯 核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力 核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力 核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失
2 2mnr02
(9N)2/3
4A
EF,p
2 2. mpr02
(9Z)2/3
4A
16
费米气体模型
核子的最大动能
Pn
r0
(9N )1/3
4A
Pp
r0
(9Z )1/3
4A
.
17
费米气体模型
核子的平均动能 原子核的平均动能
E
PF 0
Ed3P
3 ( PF2
)
PF d3P 0
5 2m
E(Z, N) 103m(NPn2 ZPp2)
费米气体模型
-B
V0 EF,n Ec
中子阱
.
质子阱
EF,p
14
费米气体模型
费米能级 费米半径 状态数
En
h2(nx2n2y nz2) 8md2
R2
8mEF d 2 h2
N状态 . 6(8mhE 2Fd2)3/215
费米气体模型
中子数
Nn 3(8mnE hF 2,nd2)3/2
费米能量
EF,n
Vpp
Vnp
Vnn
r
.
r
10
核力 核力的介子理论
电磁力
现代物理学认为：电磁相互作用是带电粒子间交换“虚 光子”而产生的交换力。
虚粒子用于传递相互作用，因而总是限定在一定时空范
围内。
e-
e-
由于测不准原理，虚粒子可以
A
B
不满足能量-动量守恒。
.
e-
e-
11
核力 核力的介子理论
媒介粒子的质量估计
核素丰度 在自然界中，4He, 16O, 40Ca, 60Ni, 88Sr, 90Zr, 120Ba, 140Ce, 208Pb的含量明显比其附近核素的含量多； 在稳定核素中， 中子数N=20,28,50,82的中子素最多
. 20
原子核的壳层模型
质子数Z=20,28,50,82的稳定同位素的数目比 紧邻的元素多
最大能量转移：
E
c
t x/c x
虚粒子质量：
m xc
t
电磁力：m = 0
t
.
x
x
12
核力 核力的介子理论
核力介子 介子质量估计：
m2cc19fm 7MeV 10M 0e x 2.0fm
1947年发现介子：m m 273.3me
m0 264me
n
p
p
p
p
n
+
0
.
p
n
p
p
n
p 13
费米气体模型
核力与自旋有关 D核：I = 1+ 3S1+ 3D1
S
l
状态
0
1
1P1
0
3S1
1
1
3P1核力的非中心成分
d (3S1)= 0.87981 N dexp= 0.8574376 N
d (3D1)= 0.310 N d =96% d (3S1)+ 4%d (3D1)
130 Pb
212
22
原子核的壳层模型
自旋-轨道耦合项 1949年，Mayer和Jensen在势阱中加入了自旋-轨道 耦合项，从而成功地解释了幻数的存在。
VVss-p=p
C(r)Cs·(l r=)0s.5 lC(r)1[jC2-l(2-rs)2][ 2
j2
l2
s2]
1 C(r)[ j( j 1) l(l 1) s(s 1)] 2
. 3
核力 核力的主要性质
同位旋：把中子和质子看成是核子的两个不同状态， 用同位旋 t 描述核子处于中子或质子状态。
质子：t3 =1/2; 中子： t3 = -1/2
核子的总同位旋：
A
T
ti
i 1
同位旋第三分量：
A
T3 t3i
i1
1(ZN)ZA
2
2
.
4
核力 核力的主要性质
同位旋 同位旋量子数满足： 核基态同位旋：
1ZNT1ZN
2
2
T T3
1 ZN 2
3/2-
5.38 5.52
3/2-
3/2+
5.08 5.10
3/2+
3/2-
4.55 4.69
3/2-
5/2-
3.85 3.86
5/2-
1/21/2+
17 8
O
9
3.08 0.87
3.10 0..50
17 9
F
8
1/21/2+
5/2+
5/2+
5
核力 核力的主要性质
3 2 (9 )2/3(N5/3 Z5/3 )
10. m r02 4
A2/3 18
费米气体模型
对称能
设 Z-N= 则
N1A (1)Z , 1A (1)
2 A2 A
原子核平均动能
E(Z,N )13 m 0 r0 2 2. (9 8 )2/3 A9 5(N A Z)2 19
原子核的壳层模型
学习与思考
什么叫模型？模型就是奥地利的火车时 刻表。奥地利的火车经常晚点，乘客问列 车员：“你们干吗还要时刻表？！”列车 员回答：“有了时刻表才知道火车的晚点 呀！”
韦斯科夫
. 1
原子核的结构
核力 费米气体模型 原子核的壳层模型 原子核的集体模型
. 2
核力 核力的主要性质
核力的主要性质 原子核的密度1014g/cm3。 核力是强相互作用:核力约比库仑力大100倍 核力的短程性：核力的力程为fm量级 核力的饱和性：核力具有饱和性 核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=Fnp
结合能的变化 中子结合能为幻数时极小 基于液滴模型的总结合能 在中子数或质子数为幻数 时，与实验值偏离最大 .
21
原子核的壳层模型
第一激发态 2.61
0.96 0.90 0.80
0.80 0.81 MeV
N 120 122 124 126 128 A 202 204 206 . 208 210
中心力场：方阱势：
V(r) 0V0
r rN r rN
高斯势： V (r) V 0ex rp 2/r (N 2)
指数势： V(r)V0ex p r/(rN)
汤川势：
.
V(r)
V0
exp(r/rN)
r/rN
7
核力 核力的主要性质
核力的非中心成分 非中心力：
VTVT(r)S12
S126(Srˆ)22S2