高一化学 专题1 第一单元 卢瑟福原子模型素材 苏教版.doc

卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型又称“有核原子模型”、“原子太阳系模型”、“原子行星模型”。关于原子结构的一种模型。1911年由卢瑟福提出。认为原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域叫原子核电子在原子核外绕核作轨道运动。原子核带正电电子带负电。英国物理学家欧内斯特·卢瑟福（ErnestRutherford1871～1937）1895年来到英国卡文迪许实验室跟随汤姆逊学习成为汤姆逊第一位来自海外的研究生。卢瑟福好学勤奋在汤姆逊的指导下卢瑟福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线。卢瑟福设计的巧妙的实验他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里在铅容器上只留一个小孔。由于铅能挡住放射线所以只有一小部分射线从小孔中射出来成一束很窄的放射线。卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的磁铁结果发现有一种射线不受磁铁的影响保持直线行进。第二种射线受磁铁的影响偏向一边但偏转得不厉害。第三种射线偏转得很厉害。卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚度的材料观察射线被吸收的情况。第一种射线不受磁场的影响说明它是不带电的而且有很强的穿透力一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住称为γ射线。第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边从磁场的方向可判断出这种射线是带正电的这种射线的穿透力很弱只要用一张纸就可以完全挡住它。这就是卢瑟福发现的α射线。第三种射线由偏转方向断定是带负电的性质同快速运动的电子一样称为β射线。卢瑟福对他自己发现的α射线特别感兴趣。他经过深入细致的研究后指出α射线是带正电的粒子流这些粒子是氦原子的离子即少掉两个电子的氦原子。“计数管”是来自德国的学生汉斯·盖革（HansGeiger1882-1945)）发明的可用来测量肉眼看不见的带电微粒。当带电微粒穿过计数管时计数管就发出一个电讯号将这个电讯号连到报警器上仪器就会发出“咔嚓”一响指示灯也会亮一下。看不见摸不着的射线就可以用非常简单的仪器记录测量了。人们把这个仪器称为盖革计数管。藉助于盖革计数管卢瑟福所领导的曼彻斯特实验室对α粒子性质的研究得到了迅速的发展。1910年马斯登（E.Marsden1889-1970）来到曼彻斯特大学卢瑟福让他用α粒子去轰击金箔做练习实验利用荧光屏记录那些穿过金箔的α粒子。按照汤姆逊的葡萄干蛋糕模型质量微小的电子分布在均匀的带正电的物质中而α粒子是失去两个电子的氮原子它的质量要比电子大几千倍。当这样一颗重型炮弹轰击原子时小小的电子是抵挡不住的。而金原子中的正物质均匀分布在整个原子体积中也不可能抵挡住α粒子的轰击。也就是说α粒子将很容易地穿过金箔即使受到一点阻挡的话也仅仅是α粒子穿过金箔后稍微改变一下前进的方向而已。这类实验卢瑟福和盖革已经做过多次他们的观测结果和汤姆逊的葡萄干蛋糕模型符合得很好。α粒子受金原子的影响稍微改变了方向它的散射角度极小。马斯登和盖革又重复着这个已经做过多次的实验奇迹出现了!他们不仅观察到了散射的α粒子而且观察到了被金箔反射回来的α粒子。在卢瑟福晚年的一次演讲中曾描述过当时的情景他说：“我记得两三天后盖革非常激动地来到我这里说：‘我们得到了一些反射回来的α粒子......’这是我一生中最不可思议的事件。这就像你对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹却被反射回来的炮弹击中一样地不可思议。经过思考之后我认识到这种反向散射只能是单次碰撞的结果。经过计算我看到如果不考虑原子质量绝大部分都集中在一个很小的核中那是不可能得到这个数量级的。”卢瑟福所说的“经过思考以后”不是思考一天、二天而是思考了整整一、二年的时间。在做了大量的实验和理论计算和深思熟虑后他才大胆地提出了有核原子模型推翻了他的老师汤姆逊的实心带电球原子模型。卢瑟福检验了在他学生的实验中反射回来的确是α粒子后又仔细地测量了反射回来的α粒子的总数。测量表明在他们的实验条件下每入射八千个α粒子就有一个α粒子被反射回来。用汤姆逊的实心带电球原子模型和带电粒子的散射理论只能解释α粒子的小角散射但对大角度散射无法解释。多次散射可以得到大角度的散射但计算结果表明多次散射的几率极其微小和上述八千个α粒子就有一个反射回来的观察结果相差太远。汤姆逊原子模型不能解释α粒子散射卢瑟福经过仔细的计算和比较发现只有假设正电荷都集中在一个很小的区域内α粒子穿过单个原子时才有可能发生大角度的散射。也就是说原子的正电荷必须集中在原子中心的一个很小的核内。在这个假设的基础上卢瑟福进一步计算了α散射时的一些规律并且作了一些推论。这些推论很快就被盖革和马斯登的一系列漂亮的实验所证实。卢瑟福提出的原子模型像一个太阳系带正电的原子核像太阳带负电的电子像绕着太阳转的行星。在这个“太阳系”支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。他解释说原子中带正电的物质