原子核式模型
原子的核式结构模型课件
原子的核式结构模型
5
预习交流 2
如何用原子的核式结构模型对 α 粒子散射实验结果进行解释?
答案:(1)当 α 粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力
很小,α 粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小,
因为原子核很小,所以绝大多数 α 粒子不发生偏转。
11
原子的核式结构模型
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在α粒子散射实验中,我们并没有考虑α粒子跟电子碰撞,这是因
为(
)
A.电子体积非常小,以至于α粒子碰不到它
B.α粒子跟电子碰撞时,损失的能量很小,可以忽略
C.α粒子跟各个电子碰撞的效果相互抵消
D.电子在核外均匀分布,所以α粒子受电子作用的合外力为零
解析:α粒子与电子相碰就如同飞行的子弹与灰尘相碰,α粒子几
附近时的示意图,A、B、C 三点分别位于两个等势面上,则以上说法
正确的是(
)
A.α 粒子在 A 处的速度比在 B 处的速度小
B.α 粒子在 B 处的速度最大
C.α 粒子在 A、C 处的速度大小相等
D.α 粒子在 B 处的速度比在 C 处的速度小
原子的核式结构模型
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解析:由能量守恒定律可知,对于 A、B、C 三点,A、C 位于原子
否定了。
原子的核式结构模型
2
预习交流 1
汤姆孙发现电子之后,人们立刻进行建立各种原子模型的尝试,
你都知道有哪些典型的模型呢?
原子是由质子、中子和电子组成的
原子的核式结构模型
3
答案:(1)勒纳德的动力子模型:原子内部的电子与相应的正电荷
组成一个中性的“刚性配偶体”,他取名为动力子,无数动力子漂浮于
原子核式结构模型
原子核式结构模型
1 什么是原子核式结构模型
原子核式结构模型是指以原子核为中心，以其结构核素为外围组成的一种模型，是现代物理学提出的一种量子力学模型。
根据这种模型，原子核由质子和中子构成，其外围有质子、中子和费米子存在，使原子核具有特殊的结构。
2 原子核式结构模型的特点
1、核子的发明：今年是发现原子核的百年纪念，由爱因斯坦和玻尔在1905年提出核子模型，只有由正质子、负质子和中子组成。
2、结构特性：原子核由核子和核质子共同构成，核子质量极小，要比中子大2000倍以上，构成原子核的核质子的构成数量为其质量的比例，有的原子核还带有中性的费米子。
3、区别：原子核式结构模型与物理学里的分子模型完全不同，分子模型是以分子的中心的分子键为中心的，原子核式结构模型是以原子核的结构核素构成一个完整的模型。
3 原子核式结构模型的应用
原子核模型对物理学、化学、核物理学等多领域有重大影响，它可以解释原子中核子的形成、核素的变异等现象，为大规模原子核研究奠定了坚实的理论基础。
此外，它还可以用来解释原子构型的形成
以及其价态间的相互作用等，广泛应用于原子核反应和量子表现、原子与微粒子的测定等。
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。
原子的核式结构模型(课件)
四.原子核的电荷与尺度
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：露珠和体育场
体育场 原子
原子核
【卢瑟福有核原子模型的优越性】 －正确地回答了原子的组成问题； － 成功解释了粒子散射实验, 为人类 认识原子结构增添了光辉的一页。
【但是】人们很快意识到卢瑟夫的有核模型同
原子核的组成
1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子， 进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜 想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公 认． 质子 核子 中子 质子数 电荷数
四.原子核的电荷与尺度 根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的 实验数据，可以推算出各种元素原子核的 电荷数，还可以估计出原子核的大小。 （1）原子的半径约为10-10m、原子核半径约 是10-15m，原子核的体积只占原子的体积 的万亿分之一。 （2）原子核所带正电荷数与核外电子数以 及该元素在周期表内的原子序数相等。
从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。 解释原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，解释 原子为什么会发光，能估计出原子的大小约为一亿分之一 厘米。
以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上 所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学 家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受 了汤姆孙的原子模型，1909年卢瑟福建议其学生 兼助手盖革和罗斯顿用α粒子轰击金箔去验证汤姆 孙原子模型。
情况。
思考：如果原子的结构确实如汤姆生所假设的葡萄干 布丁模型，用α粒子轰击原子应得到怎样的结果？
根据汤姆生模型计算 的结果：电子质量很 小，对α 粒子的运动方 向不会发生明显影响； 由于正电荷均匀分布， α 粒子所受库仑力也很 小，故α 粒子偏转角度 不会很大．
原子核式结构模型
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一、对物质构成和微观构造旳认识过程
4、1923年，卢瑟福 粒子散射试验
试验成果分析： （1）绝大多数α粒子穿过金箔后,与原来 旳运动方向偏离不多（平均2º-3º）。 （2）少数α粒子发生了大角度旳偏转。 （3）极少数α粒子产生超出90º旳大角 度偏转，个别α粒子甚至被弹回。 讨论2：α粒子大角度偏转是不是撞到了
例2：试估算氢原子核旳密度（氢原子核半径为R＝1.210－15m）。
例3：请根据卢瑟福旳原子核式构造思索 粒子在穿过原子核时旳轨
迹有何特点，并画出其轨迹示意图。
四、作业
练习册：P22-P23
4、1923年，卢瑟福 粒子散射试验
试验成果分析： （1）绝大多数α粒子穿过金箔后,与原来 旳运动方向偏离不多（平均2º-3º）。 （2）少数α粒子发生了大角度旳偏转。 （3）极少数α粒子产生超出90º旳大角 度偏转，个别α粒子甚至被弹回。
讨论1：按照汤姆逊旳葡萄干蛋糕原子模 型，会不会出现试验成果（2）和（3）？
培养12位诺奖得主旳“核子科学之父”
1923年，卢瑟福取得该年度旳诺贝尔化学奖 1923年，卢瑟福旳助手索迪获诺贝尔化学奖； 1923年，卢瑟福旳学生阿斯顿获诺贝尔化学奖； 1923年，卢瑟福旳学生玻尔获诺贝尔物理奖； 1927年，卢瑟福旳助手威尔逊获诺贝尔物理奖； 1935年，卢瑟福旳学生查德威克获诺贝尔物理奖 1948年，卢瑟福旳助手布莱克特获诺贝尔物理奖 1951年，卢瑟福旳学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同取 得诺贝尔物理奖； 1978年，卢瑟福旳学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。
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一、对物质构成和微观构造旳认识过程
4、1923年，卢瑟福 粒子散射试验
1923年，卢瑟福旳原子核式构造模型（假说）： （1）原子旳中心有一种很小旳核，叫做原子核 （2）原子旳全部正电荷和几乎全部质量都集中
原子核式结构模型
原子核式结构模型原子核式结构模型是一种描述原子内部结构的模型，它将原子的中心部分称为原子核，核外电子以云状分布在原子核周围。
该模型由英国的物理学家Rutherford于1911年提出，他通过一系列的金箔散射实验得出了这一结构模型。
在Rutherford的实验中，他使用了一个金箔和一个细小的放射性源，将放射性源发射出的α粒子射向金箔。
他观察到，射向金箔的大部分α粒子直接穿过金箔而没有发生任何偏转，但也有少数α粒子发生了较大角度的散射。
这个实验结果对于当时普遍认为原子是一个均匀分布的物质，或是由电子与正电荷均匀分布的"杏仁布丁模型"提出了挑战。
根据实验结果，Rutherford提出了原子核式结构模型：1.大部分的α粒子直接穿过金箔而没有发生偏转，说明原子内有一个非常小而且带有正电荷的核心，这个核心所占据的体积与整个原子相比非常小。
2.少数的α粒子发生了较大角度的散射，说明原子核带有正电荷，并且具有较高的密度。
3.原子核中带有正电荷，质量相对较大的粒子，这些粒子被称为质子。
4.原子核中可能还存在中性的、质量相对较大的粒子，这些粒子被称为中子。
这个假设后来得到了实验证实。
5.核外电子以一种云状的分布环绕在原子核周围，构成了原子的外部结构。
然而，原子核式结构模型仍然存在着一些问题和局限性。
例如，它无法解释电子如何在原子核附近运动，以及原子中质子和电子如何保持静止的平衡。
因此，在20世纪初，科学家们开始发展量子力学的理论来更加全面地描述原子内部结构。
总的来说，原子核式结构模型是一个革命性的模型，它的提出对原子结构的认识产生了重大影响。
虽然它的一个重要局限是无法解释质子和电子之间的平衡，但它为后来量子力学的发展奠定了基础，为我们更好地理解原子内部结构提供了关键性的启示。
原子的核式结构模型
描述微观粒子运动的基本方程， 用于求解原子中电子的波函数和
能量。
原子轨道
由量子力学计算得出的电子在原子 中的概率分布区域，决定了元素的 化学性质。
自旋和磁矩
电子自旋和轨道运动产生的磁矩是 原子磁性的来源。
多电子原子中电子排布规律研究进展
泡利原理
确定每个电子状态的独特性，保证电子排布的稳 定性。
原子中心有一个带正电的原子核，电子绕核旋转。该模型预测了α粒子散射实 验的结果，即大多数α粒子穿过原子时不受影响，少数α粒子受到大角度偏转， 极少数α粒子被反弹回来。
实验结果与预测一致
α粒子散射实验结果与卢瑟福的核式结构模型预测相符，从而验证了该模型的正 确性。同时，其他相关实验结果也支持了核式结构模型的理论预测。
局限性
玻尔理论虽然成功地解释了氢原子光谱和类氢离子光谱，但对于复杂原子（多电 子原子）的光谱现象却无法解释。此外，玻尔理论也无法解释原子的化学性质和 化学键的形成。
03
原子核式结构模型具体内容
原子核组成与性质
原子核位于原子的中心，由质子和中 子组成。
原子核的半径约为原子半径的万分之 一，但质量却占原子总质量的99.9% 以上。
04
电子云密度越大，表明 电子在该区域出现的概 率越高。
能量层级
原子中的电子按照能量高低分 布在不同的能级上，每个能级 对应一定的电子云形状和取向
。
当电子从一个能级跃迁到另一 个能级时，会吸收或释放能量 ，表现为光的吸收或发射。
电子跃迁遵循一定的选择定则 ，如偶极跃迁选择定则、自旋
原子核的发现
卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子核式结构模型。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 间里绕着核旋转。
原子的核式结构模型(24张ppt)
汤姆生的原子模型
十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电 子是原子的组成部分．由于电子是带负电的， 而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带 正电的物质．那么这两种物质是怎样构成原子 的呢？
了汤 枣姆 糕生 模提 型出
汤姆生
汤姆生的原子模型
在汤姆生的原子 模型中，原子是一个 球体；正电核均匀分 布在整个球内，而电 子都象枣核那样镶嵌 在原子里面．
质子
中子 质子数
核子
电荷数
四.原子核的电荷与尺度
原子核的电荷和大小 根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射 的实验数据，可以推算出各种元素原子核 的电荷数，还可以估计出原子核的大小。 （1）原子的半径约为10-10m、原子核半径 约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积 的万亿分之一。 （2）原子核所带正电荷数与核外电子数以 及该元素在周期表内的原子序数相等。 （3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它 的库仑力。
2.2 原子的核式结构模型
1897年，汤姆孙对阴极 射线研究，发现了电子， 说明原子是可再分，原 子是中性，可推断出原 子中还有带正电的物 质．那么这两种物质是 怎样构成原子的呢？
汤姆孙
19世纪末到20世纪的三十年代，对于电子、光 谱的深入研究以及放射性现象、中子、质子的 发现，引起物理观念的重大变革，创立了新的 理论，导致人们对原子和原子核认识的升华．
第一条现象说明，原子中绝大部分是空的 第二、三现象可看出，α 粒子受到较大的库仑力作用 第四条现象可看出，α粒子在原子中碰到了比他质量大的多 的东西
粒子散射实验
对α 粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正 电荷均匀分布，α 粒子所受库仑力也很小，故α 粒子偏转角度不会很大．
原子的核式结构
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。
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A
P1
S O
P2
阴极射线实验装置示意图
P
阴极射线管
1899年，Thomson利用云雾室测量 e 和 me
化学原子学说
1803年 Dalton 化学反应中，原子不可分解，性质不变； 不同元素的原子不同，每种原子有确定原子量。 1811年 Avogadro 气体由分子组成，分子由原子组成。 同温同压的同体积气体含相同数目的分子。 1869年 Mendeleev 原子量大小 发现元素周期律，预 言新元素 现代原子学说 19世纪末 三大发现——X射线、放射性和电子
原子结构
古代原子学说
不可无限分割，存在最小的结构单元
B. C. 4世纪 德谟克利特（Democritus ） 原子（Atom） 组成物质的最小单元
“其小无内，谓之小一”
------- 惠子
可以无限分割，物质是连续的 一尺之棰，日取其半，万世不竭----------公孙龙 物质是连续的，可以无限地分割-------亚里士多德
原子是物质结构的一个层次，介于分子和原子核之间。 原子本身也是有结构的。 1911年 1913年 Rutherford 原子核式结构模型
Bohr
原子量子理论 解释氢光谱 成功解释原子现象
1924-1927 问题：
量子力学诞生 组分?
结构和相互作用? 内部运动?
卢瑟福核式模型
一、电子（electron）的发现 真空放电管中阴极射线在电场、磁场中的偏转 1894年，Stoney命名阴极射线粒子为电子 1897年，Thomson证实阴极射线由负电微粒组成
5
Z E
对Au，Z=78，取Eα=5MeV
10
4
理论上，
的几率小于 10 2000
而实验上却不小于 1/8000
Thomson原子模型
Rutherford核式模型
2 Ze 2 r 4 π R 3 r R 0 T模型 Fc 2 2 Ze rR 2 4 π 0 r 易穿过原子，只能发生小角度散射。
e 1.6 1019 c
me 1 1836 氢原子质量
1909年，Millikan油滴实验精确测定 e
Millikan油滴实验测出单个电子的电荷
e 4.803242 (14) 1010 esu 1.6021892 (46) 1019 c
me 9.109534 (47) 1028 g
闪烁计数器
E. Rutherford (1871-1937)
抽 气 管
α粒子源 铂 箔 Geiger计数器 俯视图
Thomson模型大于90度角散射概率估算
电子的质量很小，对α 粒子（2e)运动的影响可以忽略；
只考虑原子中均匀分布的正电荷对α 粒子的影响
P
R
P mv
0
P
2eZe F 4 R
2 0
1
P P 0
P Ft
2Ze 2 R 4 0 R 2 v 1
P 1 2Ze 2 R 1 2 P 4 R v mv 0 0
Z 4 0 R 1 m v2 2
e2
Z 4 0 R E
2
e2
R ~1A
1.5 10
原子电中性，必定带有相同电量的正电荷， 承担了绝大部分质量。
正电部分和电子如何分布与相对运动？
原子的模型 之 Thomson原子模型
汤姆逊(Thomson)发现电子之后,对于原子中正负电荷的分布他提
出了一个模型：原子中带正电荷均匀分布在整个原子空间 , 电子
镶嵌在其中。
同时该模型还进一步假定，电子分布在分离 的同心环上，每个环上的电子容量都不相同， 电子在各自的平衡位置附近做微振动。可以 发射电磁辐射，而且各层电子绕球心转动时 也会发光。这对于解释当时已有的实验结果、 元素的周期性以及原子的线光谱，似乎是成
功的。
Thomson模型的失败：与α粒子散射实验结果不符合。
粒子散射实验 1909年，Geiger和Marsden发现粒子 ( M 7300me ) 经原 子散射后散射角大于 90 的概率约为1/8000，甚至达到180
“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一 样”
粒子源 真空室 散射箔
2 2 2
2 0
2
dt Fr cos
2 0
Fr cosd
2 2
2Ze cosd 4 0
R模型
2 Ze 2 Fc 4 π 0 r 2
距核愈近力愈大，可能被大角度散射。
2、卢瑟福散射公式
库仑散射公式 具有确定能量的一粒子均匀入射，研究散射粒子的角分布 大角度散射：只要考虑粒子与原子核的相互作用
1 2 E mv0 2
b
b
O
瞄准距离 散射角 粒子反射
π 2
v
粒子 v0
b : 瞄准距离 Ze原子核
散射角
有心力作用， 粒子对原点（原子核） v 0 的角动量守恒
y
v
d mv b mr dt
2 0
F
rs
2
F cos dt
0
2
两式相乘
2mv b sin
The Nobel Prize in Physics 1906
J. J. Thomson (1856-1940)
in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases
The Nobel Prize in Physics 1923
for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effect
R. Millikan (1868-1953)
原子中存在一定数量的电子，带负电。