原子的核结构卢瑟福模型
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。
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。
原子结构模型(自编修改)
原子模型：原子是坚实的、 不可再分的实心球。
英国化学家道尔顿 （J.Dalton , 1766~1844)
汤姆生原子模型
1897年，汤姆生发现原 子内有带负电的电子， 原子是一个平均分布着 正电荷的球体，其中镶 嵌着许多电子
卢瑟福的实验
用α 粒子去轰击金箔,大多数粒子都 直接穿过金箔,少数只产生很小的偏 转,然而的极少数的粒子会反弹回去.
不断完善，不断修正的过 程.
二、原子的结构
1、原子是由居于中心的原子核和
绕核作高速运动的电子构成的
原 子 核外电子 带负电 （每个电子带一个单位的负电荷）
原子核
带正电
注意：由于原子核所带的正电荷与核外电子所带的负电荷数量 相等、电性相反，所以原子不带电。
2、原子核的结构：
质子
原子核
中子 经测定：质子带正电（一个质子带一个单位的正电荷）
原子 碳-12 碳-13 碳-14
质子数 6 6 6
中子数 6 7 8
把核电荷数为6（即质子数为6）的所有的氧原 子统称为碳元素
原子 氦-4 氦-5 氦-6 质子数 中子数
2 2 2
2 3 4
把核电荷数为2（即质子数为2）的所有的氧原 子统称为氦元素
注意
1.不同种元素的本质区别是：核电荷数（或质子数） 不同。即：质子数决定元素种类 2.元素 是同一类原子的“总称”，是一个宏 观概念， 因此元素只讲种类，不讲个数。
氯原子得到一个电 子成为一个带负电 的微粒，叫氯离子 。
阳离子：带正电的原子 或原子团。 阴离子：带负电的原子 或原子团。
二、离子
1.带电的原子（或原子团）叫离子 2.离子也是构成物质的一种微粒。
3.构成物质微粒共有分子、原子、离子。
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
卢瑟福提出了原子结构的行星模型
对教育的影响
01
02
03
改变教学方式
卢瑟福的原子结构行星模 型促使教育者改变教学方 式，开始注重实验和理论 相结合的教学方法。
激发学生学习兴趣
该模型简单易懂，有助于 激发学生对物理学的兴趣 和好奇心，促进他们的自 主学习。
提高科学素养
通过学习和理解卢瑟福的 模型，学生可以培养批判 性思维和科学素养，提高 解决实际问题的能力。
对科学发展的贡献
推动物理学发展
促进实验验证
卢瑟福的原子结构行星模型为物理学 领域带来了新的理论框架，为后续的 原子结构和性质研究奠定了基础。
卢瑟福通过实验验证了他的模型，这 为科学实验在理论验证中的重要性提 供了范例。
揭示原子结构
该模型成功揭示了原子的内部结构， 包括原子核和电子，并解释了原子辐 射和吸收能量的原因。
开创了现代物理学的新篇章
卢瑟福的原子结构行星模型是量子力学和相对论等现代物理理论发展的起点， 对整个物理学的发展产生了深远的影响。
对现代科技的影响
推动了材料科学的发展
卢瑟福的原子结构行星模型为材料科学家提供了理解和设计新材料的基础，推动 了材料科学的快速发展。
促进了计算机技术的进步
基于卢瑟福模型发展起来的量子力学和半导体技术，为计算机技术的发展提供了 关键的理论和技术支持。
模型的主要内容
原子中心有一个带正 电的原子核，其周围 围绕着带负电的电子。
电子在轨道上运动的 能量是量子化的，即 电子只能处于特定的 能级上。
电子绕着原子核运动， 类似于行星绕着太阳 运动。
模型的优缺点
01
优点
02
成功解释了α粒子散射实验的现象，揭示了原子核的 存在。
03
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。
卢瑟福提出了原子结构的行星模型
问题：通过学习，你是否认识到科 学家们进行科学研究的方式？
提出问题 猜想假设 设计实验 进行实验
分析实验结果
解释结论
反思评价
交流表达
虽然原子的大门被打开还只有几十年，它 引起的变化却胜过人类历史的几千年，它 标志着科学技术的发展进入了新的时代。 过去认为原子是组成宇宙万物的基本粒子， 现在，科学家们发现的基本粒子的种类远 不止这几种。谁也不敢说基本粒子是不可 再分割的了。
许多物质都能够吸收光或发射光，利 用仪器将物质吸收光或发射光的波长和强 度分布记录下来，就得到所谓的光谱。 连续光谱：由各种波长组成，且相近波 长差别极小而不能分辨的光谱 线状光谱：由具有特定波长的、彼此分 立的谱线所组成的光谱
用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱
氢原子的光谱为什么是线状 光谱而不是连续光谱呢？
探索人类认识原子结构的足迹
1、 古典原子论：
我国战国时期的惠施说过：“一尺之棰，日取一 半，万世不竭” 物质是无限可分的 战国时期的墨子则认为“非半不斫（zhuó）则不动， 说在端” ，意思是物质到了没有一半的时候，就不 能掰开它了。这种不能再被分割的部分，被称其为 “端” 物质被分割是有条件的
古希腊哲学家德谟克利特（Democritus约公 元前460—公元前370）
1.绝大多数α粒子直接穿 原子中大部分是空 过金箔，没有发生偏转。 的。
2.少数α粒子却发生了较 中间有一带正电的小 大的偏转。 核。
2.极少数α粒子发生了大 的偏转，几乎被弹回 。 小核集中了原子几 乎全部的质量。
4、卢瑟福原子结构的行星模型
通过粒子散射实验，卢瑟福提出了原子结构的行星 模型： 原子是由带正电荷的质量很集中的很小的原子核和它 外面运动着的带负电荷的电子组成的一个体系，就像 行星绕太阳运转一样。
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第1章 原子的核结构和卢瑟福模型
1.1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 原子的质量泄为 12个单位，记为12u, u 为原子质量单位.
lu =^^— = 1^ = 1.660 X10'27kg =931.5Me\7c 2 心 12 N A
A 是原子量，代表一摩尔原子以千克为单位的质量数・N 八是阿伏伽徳罗常数一一一摩
尔物质中的原子数目.
2.
原子的大小 4 〈 -7T r
将原子看作是球体，其体积为3 ，一摩尔原子占体积为：
£
詁命-|3 ^r 3N A 三 号，
p(g/cm 3)是原子质量密度.
1
/ \ —
3A 3
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 =1.602X10 19 (c) 从而电子质量是：
m e =9.109 xl0-31kg=0.511MeWc 2 = 5.487 x!0'4u
汤姆孙在1897年使用的放电管
例如 Li (锂)原子 4=7. =0.7,
ro=0.16nm ；
Pb （铅）原子 A=207, =11.34> rpb=0.19nm ：
原子的半径为:
1.2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V 蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型.
2. a 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
检脸汤姆逊模型的正确性d
带电粒子射向原子，探测出射粒子的角 分布。
2
•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:
侧视图 俯视图
散射角很小,约1/8000散射大于90。
；
4-
WO1
1 2Ze'
当占时'粒子受的库仑斥力为：r 丁 当CR 时，粒子受的库仑斥力最大：
匚 1 2Z, 卜 = -----------
max
4
2
卢瑟福等人用质量为4.0034 u 的髙速。
粒子（带+2。
电量）撞it 照“西瓜”模型，原子只对掠过边界
（R ）的。
粒子有较大的偏转.
△“ = FZ =
例如，EK=5.0 MeV , Z （金）=79°严①喘心右0・3弧度〜 0.057O.要发
生大于细8的密骨敬驴戒碰撞，
其几率为 035001■（岸灵验1猗禅央了惟酸射的几率为
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童正常情况下核外仃Z 个电子国绕它运动
2Z ， 2R
O. lnm£^ （MeV ）
5'沁豎饗阳原子嚳结构模型
4-
WO1
；以瞄准距离 偏离入射方向
飞向无穷远，岀射与入射方向夹角〃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（"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〃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.对任意位宜有:
4/r^r
2Ze d(尬U丄=I动量守恒
p
Q
Ctg- = 4^0
称库仑散射公式.
粒子的敵耐第与HS淮距瘴b的关系
上式给出了b和的对应关系・b小，大；b大，小.要得到大角散射，正电荷
必须集中在很小的范羽内，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
=龙(詁-)"竺_)? 峯昴
4亦° 叫％ sm f
db = 2nbdb
可见那些瞄准距离在b到b・db之间的a粒子,经散射必定向0到0+d &之间的角度出
射:
圆锥体的立
替
dCl = 2/r s in &/& = 4/r s in 4 cos £
公式的物理意义：被每个原子散射到+d之间的空心立体角d内的粒子, 必泄打在b b+〃b之间的d这个环形带上.
所以d 代表粒子被每个原子核散射到+d之间那么一个立体角d内的几
率的大小.称为原子核的有效散射截而，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？
设靶的而积为人厚度为r,并设靶很薄，以致靶中的原子对射来的粒子前后互不遮蔽, 从而粒子打到这样一个环上的几率为：
da/ A
也即粒子被一个原子核散射到+d之间的空心立体角d内的几率.
实验情况是N个粒子打在厚度为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"U个原子核对入射粒子产生散射，也即有"U个环.假泄各个核对粒子的散射是独立事件，粒子打到这样的环上的散射角都是+d , 粒子散射在内的总几率应为
nAtda/A
设靶的而积为人厚度为r,并设靶很薄，以致靶中的原子对射来的粒子前后互不遮蔽,
从而粒子打到这样一个环上的几率为
dcr! A
也即粒子被一个原子核散射到
+d 之间的空心立体角d 内的几率.
实验情况是N 个 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Ar 内共有个原子核对入射 粒子产生散射，也即有"U 个环.假左各个核对 粒子的散射是独立事件，粒子打到这样的环上的散射角都是 +d ,
粒子散射在
内的总几率应为
nAtdc/ A
另一方而，设有N 个 粒子入射到靶上，在
+d 方向上测量到的散射 粒子数为dN ・
所以粒子被散射到d 内的总几率又可表示为dN/N.从而有
db =（——）z （——y —
dN 「仟5弊細sip 4
——=（—y （—广—uNt 该式拠瑟福敬射公地A sin” -
2
说明：实际测量是在一个有限小窗口（ds“ ）张的立体角dgdsM 内测量散射的粒
子数dN'・由于散射公式只与〃有关，在同一个"位置上有dNUdQ'dN/dQ ,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（乙f 同）一sin°&/2 = C;
dG
dN'
•对同一放射源，同一靶材但厚度t 不同，在〃方向接收的 一 乂/; dC •不同放射源（EK 不同），同一靶体，在“方向测得芈ocEjxuF ； dQ!
•对同一放射源：不同靶材（Z 不同） 但m 同，在方〃向测得 WsZ?；
dQ!
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
角动量守恒定律
悅叱""竺A
N A
nAtN
=> d(J =
clN nAtN
1 , 2Ze 2
=-m n- + -----------
2
4亦必r
叫u°b = m a ur in
2 2Zc2Z?2
由上两式及库仑散射公式可得
------------- T (1 ■<---------
4庇。
m a u^ sin(&/2)
rm=3X10-14 m (金)
rm=1.2 X10-14 m （铜）
+ 鶯10-14 m 10-15 m
7. 原子的大小核式结构一原子由原子核及核外电子组成原子的半径一10-1 0 m （0.1nm）
（1）原子核半径一10-14 - 10-15 m2
（2）电子半径一10'18m原子质量的数量级：10-27kg_T0・25kg
& 粒子散射实验的意义及卢瑟福模型的困难
（1）意义：
1）通过实脸解决了原子中正、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，并且认识到髙密度的原子核的存在，在原子物理学中起了重要作用.
2）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，为近代物理实验奠左了基础，对近代物理有着巨大的影响.
3）粒子散射实验还为材料分析提供了一种手段.
（2）困难
1）原子稳泄性问题
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，原子不稳肚.。