原子的核结构卢瑟福模型
卢瑟福原子结构模型
电子层
第2层 原子核 第1层
原子核
+18
Ar
原子核带正电
该电子层 上的电子
+18
K层
2
8
8
核电荷数
Ar
L层 核电荷数 该电子层上的电子数
M层
教材P29
稀有气体元素原子电子层排布
各电子层的电子数
K 1 L 2 M 3 N 4 O 5 P 6 最外层电子数
元素 名称
元素 符号
氦
氖
He
Ne
2
2 8
1.金属单质Ｎa、Mg能分别与非金属单质Ｏ2、Ｃl2 发生反应生成氧化物和氯化物，请写出化学式．
Na2O 、MgO 、 NaCl、MgCl2
教材P30
2.根据Ｎa 、Mg、O、Cl原子在反应过程中失去 或者得到电子的数目和该原子的最外层电子数目, 推断其氧化物和氯化物中元素化合价．
元素 化合价 +1 +2 -2 原子最外层 电子数目 １ 失去（或得到） 电子数目 失1e失2e得2e-
二、原子核外电子排布
原子核
+2
电子层
+10
+18
He Ne
核电荷数
Ar
该电子层 上的电子
+1
+8
+12
H
O
Mg
1、原子核外电子的分层排布
电子层序数（n） 符号 1 2 3 4 5 6 7
K
L
M
N
O
P
Q
+12
Mg
原子结构示意图 为了形象、简单的表示原子的结构，人们就创 造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。
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的原子核式结构模型主要包括以下几个要点：1.原子核：卢瑟福认为原子核是原子的中心，其中含有几个质子和一些中子。
原子核的直径约为10^-14米，相对于整个原子而言非常小，并带有正电荷。
2.电子轨道：卢瑟福认为电子沿着特定的轨道绕着原子核运动。
他提出了类似于行星绕着太阳运动的图像，将电子轨道比作类似椭球形的轨道，不同轨道具有不同的能级。
这些电子轨道是固定的，电子不会从一个轨道跃迁到另一个轨道。
3.质子和中子：卢瑟福提出原子核中含有质子和中子。
质子带有正电荷，中子则是中性的。
质子的数目决定了原子的元素，而中子的数目可以不同，即同一元素的同位素。
4.电子云：卢瑟福的模型仍然保留了以前的“电子云”概念，即电子在不同轨道上运动，创造了一个围绕原子核的电子云。
这个电子云能够解释原子的大小和光谱线的现象。
卢瑟福的原子核式结构模型相比于以前的汤姆逊原子模型更为接近现代的原子结构理论。
他巧妙地利用了散射实验来验证他的模型。
在散射实验中，他用α粒子（即带有正电荷的氦原子核）射向了金箔，并观察到了一些氦原子核与金箔上的原子核发生散射的现象。
通过测量和分析散射角度的变化，卢瑟福发现，大部分的α粒子直接穿过金箔，而只有极少数的α粒子发生偏转或反弹。
这一观察结果无法用汤姆逊的原子模型解释，因为汤姆逊的模型认为正电荷均匀分布在整个原子中。
卢瑟福的原子核式结构模型奠定了现代原子结构理论的基础，为后续的量子力学和核物理学发展打下了重要的基础。
他的模型揭示了原子在微观层面上的真实本质，对于理解原子的性质和物质世界的组成具有重要的意义。
卢瑟福的原子核式结构模型
卢瑟福的原子核式结构模型
卢瑟福的原子核式结构模型是20世纪初物理学研究的重要成果之一。
这一模型通过实验证明了原子不是一个均质的球体，而是由一个小而重的原子核和围绕它旋转的电子构成。
此模型的提出，对于人们理解原子结构的本质具有重要意义。
卢瑟福实验的基本原理是，通过将一个α粒子（即带有两个质子和两个中子的氦原子核）轰击到一个金箔上，通过观察α粒子的散射方向来确定原子的结构。
实验结果表明，大部分的粒子通过金箔而不受到偏转，但有一部分粒子受到了较大的偏转。
这表明原子中存在着一个小而重的原子核，而电子则围绕在原子核周围。
卢瑟福模型的核心思想是，原子结构由一个小而重的原子核和围绕其运动的电子构成。
原子核包含质子和中子，质子带有正电荷，中子不带电。
电子则带有负电荷。
原子核的大小约为10^-15米，而整个原子的大小约为10^-10米。
卢瑟福模型对于人们理解化学反应、放射性衰变等现象具有重要意义。
例如，核反应是指原子核之间的反应，而非电子之间的反应。
放射性衰变也是指原子核的变化，而非电子的变化。
此外，原子核式结构模型也为原子核物理学和核能技术的发展提供了重要的理论基础。
卢瑟福的原子核式结构模型是一项重要的物理学成果，它通过实验证明了原子结构由一个小而重的原子核和围绕其运动的电子构成。
这一模型对于人们理解化学反应、放射性衰变等现象具有重要意义。
132 卢瑟福原子模型和散射公式-- 卢瑟福散射公式
2
作业：1.6, 1.7
2
§1.3.2 卢瑟福原子模型和散射公式--卢瑟福公式的实验验证
H. GEIGER and E. MARSDEN, The Laws of Deflexion of a Particles through Large Angles, Philosophical Magazine, Series 6, Volume 25, Number 148, April 1913
应用：卢瑟福背散射谱仪
Rutherford-Backscattering-Spectrometry
§1.3.2 卢瑟福原子模型和散射公式--卢瑟福公式的修正
小角偏差
(1) 核外电子的屏蔽效应；
瞄准距离b很大
ctgBiblioteka 22b D
(2) 多次散射导致小角增强。
大角偏差
思考题：如何测量180附近的粒子散射？
IV. Number of scintillations per minute corrected for decay
2 2
I. Substance.
II. Atomic weight. A.
III. Air equivalent in cm.
V. Number dn of scintillations per cm. air equivalent.
§1.3.2 卢瑟福原子模型和散射公式--卢瑟福公式的修正
靶原子核的反冲(有限大小的M)
E0 E
散射粒子的能量
m cos M 2 m2 sin 2 L L E mM E0
L
当很小时，E和E0差别不大； 当 > 90(背散射)，E和E0差别较大。 极限情况： 180
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。
卢瑟福模型
卢瑟福根据实验结果于1911年提出 了原子的“核式结构模型”(也被 称为“卢瑟福行星模型”)
E. Rutherford，(英) 1908年诺贝尔化学奖
粒子散射实验
α
粒子(氦核
世纪之交的三大发现
1895年德国物理学家伦琴（W.K.Rontgen）发现X射线。 获得首届诺贝尔物理学奖（1901年）。
1896年法国物理学家贝克勒尔（A.H.Becquerel）发现放 射性。与居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。
1897年英国物理学家汤姆逊（J. J. Thomson）发现电子。 获得了1906年的诺贝尔物理学奖。
常用原子质量单位 u：
1u 1 (g) 1.660538782(83)1027 (kg) NA
原子质量与原子量的关系：
A(g) MA NA
其中A 为原子量，MA为原子质 量，NA 为阿伏伽德罗常数。
可算出氢原子的质量为：
M H 1.67367 1024 (g)
原子的大小可按不同方法估计：
2 4
He
)轰击金
属箔，在原子中带电物质的
电场力作用下，偏离原来的入射方向而发生散射现象。
金 镭放射 箔 源
荧光
屏
显微 镜
粒 子 实验结果：绝大部分粒子散射角很小（2-3），但有 1/8000的粒子偏转角大于90 ，甚至被反射回来。
氦核质量是电子质量的7300多倍，因此其运动基本不 受电子影响。
j
+Z2e
i cos j sin
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。
卢瑟福对原子模型的描述
卢瑟福对原子模型的描述卢瑟福是20世纪早期最有影响力的物理学家之一，他对原子模型的描述在科学界产生了深远的影响。
在他的实验证据和理论推断的基础上，他提出了一种新的原子结构模型，称为“卢瑟福原子模型”。
卢瑟福的原子模型是在他进行金属薄膜散射实验时得出的。
他使用了一束粒子（通常是α粒子）照射到一块金属薄膜上，并观察到粒子的散射现象。
通过分析散射角度和能量损失，卢瑟福得出了以下结论：原子具有一个非常小而且带正电的核心，核心周围围绕着一些轻质的带负电子。
根据卢瑟福的实验结果，他提出了三个重要结论：1. 原子核：卢瑟福发现，大部分的α粒子通过金属薄膜时，基本上是直线运动，只有少数粒子会发生明显的散射。
他解释说，这种现象是因为α粒子与一个非常小而且带正电的原子核碰撞，这个原子核位于原子的中心。
这个核心带有正电荷，负责维持原子的稳定性。
2. 空间结构：卢瑟福的实验结果还表明，原子核的体积非常小，与整个原子相比几乎可以忽略不计。
而电子则分布在原子核周围的空间中，形成了一个电子云。
这个电子云是带有负电荷的，它们的数量与原子的正电荷相等，以保持整个原子的中性。
3. 质量与电荷：卢瑟福的实验还揭示了原子核与电子之间的质量和电荷差异。
他发现，原子核的质量远远大于电子，而且带有正电荷。
电子则质量较轻，带有负电荷。
这种正负电荷之间的平衡是维持原子稳定的重要因素。
基于这些实验证据和推断，卢瑟福提出了原子的结构模型：原子核位于原子的中心，带有正电荷，而电子则围绕着原子核运动，形成了一个电子云。
这个模型对于解释原子的稳定性和各种物理化学现象具有重要意义。
然而，卢瑟福的原子模型并不完美。
后来的实验和研究表明，电子不仅仅是围绕原子核运动的，它们还具有波粒二象性，可能存在于不同的位置。
量子力学的发展使得我们对原子结构的理解更加深入。
尽管如此，卢瑟福的原子模型仍然是现代原子理论的重要里程碑。
它为后来的科学家提供了思路和启示，推动了原子物理学和量子力学的发展。
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第1章 原子的核结构和卢瑟福模型原子的质量和大小1. 原子的质量自然界中一百多种元素的原子，其质量各不相同.将其中最丰富的12C 原子的质量定为12个单位，记为12u ，u 为原子质量单位.227-931.5MeV /c kg 101.660)(1121)(121u =⨯===AA N g N gA 是原子量，代表一摩尔原子以千克为单位的质量数.A N 是阿伏伽德罗常数—— 一摩尔物质中的原子数目.2. 原子的大小将原子看作是球体,其体积为 , 一摩尔原子占体积为:3143⎪⎭⎫ ⎝⎛=A N A r πρ,)( 343ρπg A N r A ≡ ) g/cm (3ρ是原子质量密度. 原子的半径为： 3143⎪⎭⎫⎝⎛=A N A r πρ例如 Li （锂）原子 A =7， =， r Li =； Pb （铅）原子 A =207， =， r Pb =；3. 原子的组成1897年汤姆逊从放电管中的阴极射线发现了带负电的电子, 并测得了e/m 比.1910年密立根用油滴实验发现了电子的电量值为e =×10－19（c ） 从而电子质量是：-4u -31e 105.487 20.511MeV /c kg 109.109m ⨯==⨯=3 34r π原子核式结构模型1.汤姆逊原子模型1903年英国科学家汤姆逊提出“葡萄干蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型.2．α粒子散射实验实验装置和模拟实验R:放射源 F:散射箔S:闪烁屏 B:圆形金属匣A:代刻度圆盘 C:光滑套轴T:抽空B的管 M:显微镜( a ) 侧视图( b ) 俯视图结果大多数散射角很小，约1/8000散射大于90°；极个别的散射角等于180°.汤姆逊模型的困难近似1：粒子散射受电子的影响忽略不计，只须考虑原子中带正电而质量大的部分对粒子的影响.近似2：只受库仑力的作用.当r >R 时，粒子受的库仑斥力为：220241r Ze F πε= 当r <R 时，粒子受的库仑斥力为：r RZe F 320241πε= 当r =R 时，粒子受的库仑斥力最大：卢瑟福等人用质量为 u 的高速α粒子(带+2e 电量)撞击原子,探测原子结构.按照“西瓜”模型，原子只对掠过边界（R ）的α粒子有较大的偏转.例如, EK = MeV ， Z(金)=79 ，θ max<10-3弧度≈.要发生大于90o 的散射，需要与原子核多次碰撞，其几率为10-3500!但实验测得大角度散射的几率为1/8000 ，为此，卢瑟福提出了原子核型结构模型.3. 原子核式结构模型—卢瑟福模型原子序数为Z 的原子的中心,有一个带正电荷的核(原子核),它带正电量Ze ,它的体积极小但质量很大,几乎等于整个原子的质量,正常情况下核外有Z 个电子围绕它运动.220max 241R Ze F πε=)MeV (103)MeV (nm 1.0MeVfm 44.12v 21/2v2425202m ax 202K KE Z E Z m R Ze p p RR Ze t F p -⨯=⋅⨯==∆==∆=∆πεθπε4. 核库仑散射角公式动能为EK 的α粒子从无穷远以瞄准距离射向原子核;在核库仑力作用下,偏离入射方向飞向无穷远,出射与入射方向夹角θ称散射角.这个过程称为库仑散射.假设：（1）将卢瑟福散射看作是α粒子和原子核两个点电荷在库仑力作用下的两体碰撞.忽略原子中的电子的影响.（2）在原子核质量M>>m（α粒子质量）时, 可视为核不动,于是问题化为单质点m 在有心库仑斥力作用下的运动问题.首先，我们关心从无限远来的α粒子（初态）经库仑力作用后又飞向无穷远的运动状态（末态）.由机械能守恒因而始末二态动量守恒. 对任意位置有：称库仑散射公式.22412020θυπεαCtg m Ze b = 上式给出了b 和q 的对应关系 .b 小， q 大； b 大，q 小. 要得到大角散射，正电荷必须集中在很小的范围内，a 粒子必须在离正电荷很近处通过.5. 卢瑟福散射公式及实验验证（1） 卢瑟福散射公式的推导：由库仑散射公式可得可见那些瞄准距离在b 到b -db 之间的α粒子，经散射必定向θ到θ+d θ之间的角度出射：将d θ用空心圆锥体的立体角d Ω来代替042πεθ=Ctg b Ze m 2202υααθυπεπθθαd m Ze 232220220sin cos 2()41(=bdbd πσ2=θυπεπσθθαd m Ze d 232220220sin cos 2()41(=公式的物理意义：被每个原子散射到q~q +dq 之间的空心立体角dW 内的a 粒子，必定打在b~b +db 之间的ds 这个环形带上 .所以ds 代表a 粒子被每个原子核散射到q~q+dq 之间那么一个立体角dW 内的几率的大小，称为原子核的有效散射截面，又称为散射几率.现在的问题是粒子入射到这样一个环中的几率是多大呢设靶的面积为A ,厚度为t ，并设靶很薄，以致靶中的原子对射来的粒子前后互不遮蔽，从而a 粒子打到这样一个环上的几率为：也即a 粒子被一个原子核散射到q~q+dq 之间的空心立体角d W 内的几率.实验情况是N 个a 粒子打在厚度为 t 的薄箔上，若单位体积内有n 个原子核，那么体积At 内共有 nAt 个原子核对入射a 粒子产生散射，也即有nAt 个环.假定各个核对 a 粒子的散射是独立事件，a 粒子打到这样的环上的散射角都是q~q+dq ，a 粒子散射在 内的总几率应为设靶的面积为A ,厚度为t ，并设靶很薄，以致靶中的原子对射来的粒子前后互不遮蔽，从而a 粒子打到这样一个环上的几率为A d /σ也即a 粒子被一个原子核散射到q~q+dq 之间的空心立体角d W 内的几率.实验情况是N 个a 粒子打在厚度为 t 的薄箔上，若单位体积内有n 个原子核，那么体积At 内共有 nAt 个原子核对入射a 粒子产生散射，也即有nAt 个环.假定各个核对 a 粒子的散射是独立事件，a 粒子打到这样的环上的散射角都是q~q+dq ，a 粒子散射在 内的总几率应为θπθθπθθd d d 22cos sin 4sin 2==ΩAd /σAnAtd /σA nAtd /σ另一方面，设有N 个a 粒子入射到靶上，在q~q+dq 方向上测量到的散射a 粒子数为dN ，所以a 粒子被散射到dW 内的总几率又可表示为dN/N ，从而有A nAtd N dN σ=A nAtNdNd =⇒σ该式称卢瑟福散射公式 说明：实际测量是在一个有限小窗口（ds ‘ ）张的立体角d Ω’=ds‘/r2内测量散射的粒子数dN ’. 由于散射公式只与θ有关，在同一个θ位置上有 dN‘/dΩ’ =dN/d Ω ，所以上公式可用于小窗口探测.（2）卢瑟福散射公式的实验验证对同一放射源（EK 同）， 同一靶体（Z,t 同）;2/sin 4C d N d =Ω''θ 对同一放射源，同一靶材 但厚度t 不同，在θ方向接收的;t d N d ∝Ω''不同放射源（ EK 不同），同一靶体，在θ方向测得;202--∝∝Ω''υk E d N d对同一放射源；不同靶材（Z 不同） 但nt 同，在方θ 向测得 ;2Z d N d ∝Ω''盖革和马斯顿按上述结论作了一系列实验，结果与理论符合很好，从而确立了原子核型结构模型.6．原子核半径的估算 能量守恒定律mr Ze m m 02220422121πευυαα+= 角动量守恒定律m r m b m υυαα=0由上两式及库仑散射公式可得))2/sin(11(2412020θυπεα+=m ze r m AnAtNdNd =⇒σ2422220sin )()41(θαυπεσΩ=d m Ze d nNt m Ze d dN 2sin 1)()41(4220220θυπεα=Ωb Ze E b Ze m ctg k222004242πευπεθα==rｍ=3×10-14 m （金）rｍ= ×10-14 m （铜）10-14 m ~10-15 m7. 原子的大小核式结构－原子由原子核及核外电子组成原子的半径－ 10-1０ m（）（1）原子核半径－ 10-14 ~ 10-15 m2（2）电子半径－ 10-18 m原子质量的数量级：10-27kg——10-25kg8. a粒子散射实验的意义及卢瑟福模型的困难（1）意义：1）通过实验解决了原子中正、负电荷的排布问题，建立了一个与实验相符的原子结构模型，使人们认识到原子中的正电荷集中在核上，提出了以核为中心的概念，从而将原子分为核外与核内两部分，并且认识到高密度的原子核的存在，在原子物理学中起了重要作用.2） a粒子散射实验为人类开辟了一条研究微观粒子结构的新途径，以散射为手段来探测，获得微观粒子内部信息的方法，为近代物理实验奠定了基础，对近代物理有着巨大的影响.3）a粒子散射实验还为材料分析提供了一种手段.（2）困难1）原子稳定性问题2）原子线状光谱问题根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波，原子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，电子绕核旋转的频率也逐渐改变，发射光谱应是连续谱；由于原子总能量减小，电子将逐渐的接近原子核而后相遇，原子不稳定.。