卢瑟福模型
卢瑟福原子核式结构模型的主要论点
1909年，欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）进行了一次大实验，他和他的船员们在一次薄薄的金球上射杀了α粒子。
他们认为，这些颗粒，正面的电荷，将直接穿过螺旋，有点像大家相信的当时。
但是，这里的踢球手—一些α粒子实际上反弹了，或被偏转的大角度。
这是一个真正的震撼，让我告诉你！
当卢瑟福看到这些令人惊讶的结果时，他一定是说，"哇，这是怎么回事？" 结果他想出了一个关于原子的新想法他认为，“嘿，也许原子
就像一个小太阳系，中央有一个密集的核，电子像小行星一样在周围
放大。
” 核核正充电所以α粒子被击退了这就像核扔一个小党和α粒子不在客人名单上！卢瑟福说，“好吧，一定有一个小的，正电
压的区域在那里造成所有的混乱。
” 他就是这样想出来的卢瑟福原
子核模型。
谁知道原子会如此疯狂？
在宇宙的星际舞中，出现了一个伟大的启示，向原子的神秘本质点亮
了光芒。
一个由卢瑟福的智慧设计出来的模型，揭开了以单一，密集
的核，辐射正能量为核心的虚空的视野。
围绕这个充满活力的心脏，
一个微妙的芭蕾舞展开，当乙醚电子摇摆着它们闪烁的路径，以看不见的线量化的能量水平。
原子的这种错综复杂的挂毯，其天体核和
旋绕的居民，成为了灵感的来源，点燃了好奇的火焰，最终会导致
现代量子界的永恒美丽。
卢瑟福行星模型建立模型的依据
卢瑟福行星模型建立模型的依据引言卢瑟福行星模型是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福在1911年提出的一种描述原子结构的模型。
该模型通过实验观测和理论推导，揭示了原子结构中的核和电子的相互作用关系，为后来量子力学的发展奠定了基础。
本文将从实验观测和理论推导两个方面，详细介绍卢瑟福行星模型建立的依据。
实验观测卢瑟福在建立行星模型之前，进行了一系列与原子结构相关的实验观测，这些观测结果为他后来提出行星模型提供了重要依据。
散射实验卢瑟福进行了散射实验，即将α粒子（即氦原子核）射向金属箔。
他发现，大部分α粒子直线穿过金属箔而无明显偏转，但也有少部分α粒子发生明显偏转甚至反方向运动。
这一现象与当时普遍接受的汤姆孙原子模型（即“布丁模型”）不符，卢瑟福意识到原子结构可能存在着核和电子之间的相互作用。
散射角度的测量为了定量描述散射实验中α粒子的偏转情况，卢瑟福进行了对散射角度的测量。
他通过观察散射后α粒子在屏幕上产生的闪光点的位置，计算出了散射角度。
实验结果表明，较大能量的α粒子偏转角度较小，而较小能量的α粒子偏转角度较大。
这一观察结果与汤姆孙原子模型无法解释，为建立新的原子模型提供了线索。
理论推导基于实验观测结果，卢瑟福进行了理论推导，提出了行星模型。
他通过数学计算和物理分析，得出了一些重要结论。
康普顿散射公式卢瑟福利用康普顿散射公式来解释实验中α粒子偏转的现象。
康普顿散射公式描述了入射粒子与静止粒子碰撞后发生能量和动量传递的过程。
卢瑟福将这一公式应用于α粒子与原子核的碰撞，发现在碰撞中，α粒子会受到核的库仑力作用，从而发生偏转。
核的存在卢瑟福通过对散射实验中的结果进行分析，得出了一个重要结论：原子中存在着一个非常小而带正电荷的核。
他认为，只有在核的库仑力作用下，才能解释实验观测中α粒子的偏转现象。
这一结论引入了一个新的概念：原子由带正电荷的核和围绕核运动的负电子组成。
行星模型基于以上理论推导和实验观测结果，卢瑟福提出了行星模型。
卢瑟福原子模型与玻尔原子模型的区别
卢瑟福原子模型与玻尔原子模型的区别卢瑟福原子模型和玻尔原子模型就像两位科学家之间的“明争暗斗”。
说到卢瑟福，他可真是个聪明的家伙。
他发现原子中有个小小的“核心”，就像个“蛋黄”，周围环绕着电子。
这种想法可是颠覆性的哦，原本大家都以为原子是个“粥状”的东西，结果人家卢瑟福一出手，就告诉我们，嘿，里面有个“原子核”，真是让人大开眼界。
不过，问题来了，卢瑟福只给了我们一个初步的框架，没告诉我们这些电子是怎么“运转”的。
这就像你看到一辆跑车，知道它能跑，但却不知道它怎么启动一样。
玻尔就像是“救火队员”，来给这个模型“添砖加瓦”。
他在卢瑟福的基础上，提出了电子在特定轨道上运动的想法，真是“点睛之笔”。
玻尔把电子想象成在“轨道”上转的“小飞行员”，每个轨道都有自己的能量级。
就像一层层的“洋葱”，剥开来越剥越精彩。
玻尔的模型还引入了量子化的概念，意思是说，电子只能在某些特定的轨道上飞行，不能随便跑来跑去。
这简直就是给电子穿上了“安全带”，让它们不至于“乱飞”。
可卢瑟福的模型也不是“省油的灯”。
虽然他没有深入描述电子的轨道，但他的原子核概念确实为后来的研究奠定了基础。
就像你在沙滩上堆沙堡，先得有个基础，才能建得更高更稳。
卢瑟福还做了一些很酷的实验，用α粒子轰击金箔，结果大多数粒子都能穿过去，少数才会反弹，说明原子其实是个“大空壳”，这也为后来的原子研究铺平了道路。
玻尔的模型更进一步，虽然在现代看来，有些地方显得“有点幼稚”，比如说他把电子看作在固定轨道上转的“小球”，这可与我们现在的量子力学大相径庭。
但当时的科学界可对他刮目相看，毕竟他的模型成功地解释了氢原子的光谱线。
这就像你终于找到了能解开难题的“钥匙”，真是让人拍手叫好。
这两种模型的区别就像是两种不同的“风格”。
卢瑟福的模型偏向于描述原子的“结构”，而玻尔的模型则像是讲述电子的“行为”。
一是扎根于“实心”的原子核，另一个则飞翔在“轨道”的电子之间。
这也反映了科学探索的两个方向：一方面是探寻“物质”的本质，另一方面是理解“运动”的规律。
卢瑟福的核式结构模型
卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型可谓是科学界的一次震撼教育，想想看，这个小小的原子，竟然能隐藏如此大的秘密，简直让人惊掉下巴。
卢瑟福当年进行实验时，大家都以为原子就像一块果冻，里面全是混合的材料，谁能想到，他一枪打出去，竟然让原子的核心大白于天下，真是让人瞠目结舌。
就像探险家发现新大陆一样，卢瑟福的实验让人觉得，原来科学的奥秘就藏在我们身边，关键是你敢不敢去探索。
想象一下，那时候的卢瑟福把一颗金属薄膜当成目标，然后用一种叫“α粒子”的小家伙去射击。
结果，大家都知道，部分粒子直接弹回来了，像是打了个乒乓球一样，真是让人捧腹大笑。
可这背后隐藏的道理却是深刻的，弹回来的那些粒子，说明原子里有一个小小的核，这个核就是原子的灵魂。
就像我们每个人，外表可能平平无奇，但内心深处总藏着一个闪闪发光的梦想。
而这个核心啊，不是个简单的东西，它不仅小得可怜，还重得惊人。
想想看，一个原子里，绝大部分的质量竟然集中在这个小小的核里，其他的部分就像围绕着太阳转的行星，轻飘飘的、没什么分量。
真的是令人咋舌，果然是“金子总会发光”的道理。
在那个年代，科学家们可是忙得不可开交，大家都在争着抢着想弄明白这个核到底是个什么玩意儿。
还有一点让人津津乐道的就是，卢瑟福的发现直接推翻了之前的“汤姆森模型”。
那个模型就像是老爸的车，虽然外形看起来还不错，但一开动就摇摇晃晃，根本没法稳定。
而卢瑟福的模型就像是一辆跑车，简洁明了，动力十足。
原子不再是一个复杂的混合物，而是由一个小核和周围的电子组成，真是一下子让人眼前一亮。
再说说这核的构成，里面有质子和中子，这两个小家伙就像是形影不离的好兄弟。
质子带着正电，中子则是个隐形的角色，既不带电也不显山露水，但却在这场科学革命中发挥了至关重要的作用。
简直就像电影里的配角，默默无闻却不可或缺，真是“台上一分钟，台下十年功”的真实写照。
而卢瑟福自己也是个性情中人，他对科学的热爱可不是盖的。
他的实验虽然成功，但他从不以此自满，总是谦虚地说自己只是揭开了冰山一角。
卢瑟福模型
卢瑟福模型的图意义与困难
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、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、粒子散射实验还为材料分析提供了一种 手段。
散射公式推导
散射公式推导
散射公式推导
卢瑟福公式的推导
卢瑟福公式的推导
卢瑟福公式的推导
式中N是入射的α 粒子数，dN是散射到dΩ 内的 α 粒子数，这样，散射实验的测量成为可能， 在实际测量中，常引入微分截面来描述散射几 率。微分截面的定义靶的单位面积内的每个靶 原子核，将α 粒子散射到θ 方向单位立体角的 几率。 微分截面表示为
dN ' Z2 d
dN ' 4 常数 v d
卢瑟福模型的图意义与困难
任何伟大的创造，经常在解决老问题的同时又孕育着新的 问题。卢瑟福模型也不例外。卢瑟福模型提出了原子的核式结 构，在人们探索原子结构的历程中踏出了第一步，可是当我们 进入原子内部准备考察电子的运动规律时，却发现了与已建立 的物理规律不一致的现象。 1.原子的稳定性 经典物理学告诉我们，任何带电粒子在作加速运动的过程 中都要以发射电磁波的方式放出能量，那么电子在绕核作加速 运动的过程就会不断地向外发射电磁波而不断失去能量，以致 轨道半径越来越小，最后湮没在原子核中，并导致原子坍缩。 然而实验表明原子是相当稳定的。 2.原子的同一性 任何元素的原子都是确定的，某一元素的所有原子之间是 无差别的，这种原子的同一性是经典的行星模型无法理解的。 3.原子的再生性 一个原子在同外来粒子相互作用以后，这个原可以恢复到 原来的状态，就象未曾发生过任何事情一样。原子的这种再生 性，是卢瑟福模型所无法说明的.
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
sind
i sin j(1 cos )
b
4 0L
Z1Z2e2
cos
i
sin
j
cos
大小：
2
0
L
v f vi
2
2
Z1Z2e2 cos
2 0L 2
2
vf
质量密度 g/cm3
原子半径 r/nm
Li
7
0.7
0.16
Al
27
2.7
0.16
Cu
63
8.9
0.14
S
Pb 207
2.07 11.34
0.18 0.19
不同元素的原子 半径相差不大？
二、电子的发现 1833年，法拉第提出电解定律并由之推得：一摩尔任何 原子的单价离子永远带有相同的电量(法拉第常数F)， 其值是法拉第在实验中首次确定的。
量子力学的建立
在1923～1927年间，量子力学建立。
海森堡（Hersenberg）和薛定谔（Schrodinger）两人几乎
同时各自提出了自己的理论。后来证明，这两种理论是等价
的。其后多位科学家共同完善了量子力学理论。
第一章 原子的位形：卢瑟福模型
§1 背景知识 §2 卢瑟福模型的提出 §3 卢瑟福散射公式
dN
Ndp(
)
N
a 2 d 16 Asin 4
2
nAt
a 2 d
Nnt 16 sin 4
2
定义微分截面：
c ( )
dN Nntd
a2 16 sin 4
2
具有面积量纲 单位是 m2/sr(球面度)
或 b/sr 靶：1 b=10-28m2
卢瑟福散射公式
微分截面：
c ( )
(1) 假设某固体元素的原子为球状，半径为 r，原子之 间是紧密堆积在一起，原子的质量密度是(克/厘米3)。
A克 AX 原子含有 NA 个X原子，所以：
4 3
r3N A
A
3A
r 3
(cm)
4N A
(2) 根据气体分子平均自由程
1 4 2nr 2
由实验测出及分子数密度n，即可算出r。
角动量的大小。
dv
Z1Z 2 e 2
4 0L
r0d
上式两端同时积分 mv
y xr
vf
dv
vi
vf
vi
Z1Z2e2
4 0L
Z1Z2e2
4 0L
Z1Z2e2
+Z1e
r0d
i
cos
d
r0
• 但要想通过实验验证，却存在困难，因为瞄准距
离 b 仍然无法准确测量，所以还需要使微观量与
宏观可观测量联系起来。
2. 卢瑟福公式
设粒子入射到薄箔上，薄箔面积为A，厚度为t （薄箔很薄，以致对射来的粒子前后不互相遮蔽）， 单位体积内的原子核数为 n。
瞄准距离在b和b-db之间的粒子，散射后必定向着 和+d之间的角度射出。
即使1的偏转，也必须经过多次碰撞。但每次碰撞偏转 的方向是随机的，所以发生大角度偏转的概率极低，发 生90散射的概率为10-3500！而实验结果却是1/8000。
汤姆逊模型无法解释 粒子散射实验中的大角度散射。
卢瑟福核式结构模型(1911):
原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部正电 荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围。
qvB qE v2 m qvB r
qE m rB2
“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人。”
1910年，密立根“油滴实验”精确测量电子电量，得：
e 1.591019 C
现在公认值：
e 1.602176487(40) 1019 C
密立根(R. A. Mi llikan)，1923年 诺贝尔物理奖。
靶核发生散射，则有
即：
其中库仑散 射因子为
ctg
2
4 0mv2b
Z1Z 2 e 2
a e2 Z1Z2
4 0 E
m：入射粒子质量
mv
r
v：入射粒子原速度
+Z1e
b b：瞄准距离
+Z2e
由牛顿定律和
库仑定律，有：
m dv
dt
m dv
d
d
dt
Z1Z 2e 2
4 0r 2
量子阶梯
学习中需注意： 原子是微观系统
经典物理学中的规律是 从宏观现象中总结出来 的，不一定都适用于微 观体系。
不过有时半经典模型也 能给出较直观图像和有 效的计算结果。
原子物理学的发展
早期的原子论
“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的”。公元前 四世纪，古希腊哲学家德谟克利特提出这一概念，并把它当 作物质的最小单元。
汤姆逊模型:
粒子受到原子正电荷的最大作用力： 粒子每次碰撞的最大偏转角：
F
2Ze2
4 0 R 2
p F(2R / v)
p
m v
p
p
2Ze2 40R
m v2 2
能量为5MeV的粒子在金(Au,Z=79)箔上散射，每次
碰撞的最大偏转角算得 103 rad
nAt
2
如果总共有N 个α 粒子打在金属箔上，则在θ →θ +dθ
(d)方向上能够测量到的 α 粒子数为
dN
Ndp( )
a 2 d
N 16 Asin 4
nAt
2
a e2 Z1Z2
4 0 E
N 个α 粒子打在金属箔上，则在θ →θ +dθ (d)方向上
能够测量到的 α 粒子数为
r2
2 sin d
dA
2b | db |
a 2d
16 sin 4
2
则粒子打在这个环上的概率为
dA A
a 2 d 16 Asin 4
2
dA r sinθ
r θ
薄膜很薄，原子核前后不互相遮蔽，一个α 粒子被散 射到θ →θ +dθ 方向的概率为
dp(
)
16
a 2 d Asin 4
L mvb
r b
+Z2e
即
b
a 2
ctg
2
e2 a
Z1Z 2
4 0 E
a e2 Z1Z2
4 0 E
• 在入射能量 E 固定的情况下（库仑散射因子 a
固定），对某一b，有一定的与之对应。
• 瞄准距离 b 减小，则散射角θ 增大。当 b 足够 小时，θ 可以大于 900，甚至接近1800。
1874年，斯通尼指出，电离后的原子所带的电荷为一基 本电荷的整数倍，并推算出这一基本电荷的近似值(e=F /N0)。在1881年，斯通尼提出用“电子”命名基本电荷。
1897年，英国物理学家汤姆逊(J. J. Thomson) 从实 验确认了电子的存在，测出了电子的荷质比e/m。
J. J. Thomson， 1906年诺贝尔物理奖
凡通过以b为外半径、b-db为内半径的环形面积的粒
子，必散射到角度在和+d之间的一个空心圆锥体
之中。环形面积等于
dA 2b | db |
环形面积等于
dA
2b |
db |
2a2 sin d 16 sin 4
2
可用空心圆锥体的立体角表达以代替d：