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    1. 实验过程

  如图2-86,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线射到金箔上,α粒子穿过金箔后,打到荧光屏上产生一个个的闪光,这些闪光可以用显微镜观察到. 整个装置放在一个抽成真空的容器里. 荧光屏和显微镜能够围绕金箔在一个圆周上转动,从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子.

         

  实验表明:绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进, 但是有少数α粒子却发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子的偏转超过90°, 有的甚至几乎达到180°, 像是被金箔弹了回来. 这就是α粒子散射实验.

  根据汤姆生的枣糕模型计算,α粒子穿过金箔后的偏转最大不超过零点几度,因为电子质量很小,比粒子的质量小得多,α粒子碰到电子,就如子弹碰到尘埃,前进方向不会发生明显改变. 所以卢瑟福对这些结果分析后得出结论,提出他的原子核式结构模型: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. 根据核式结构学说可以解释α粒子的散射:当α粒子穿过原子时,电子对α粒子影响很小,影响α粒子运动的主要是原子核. 离核远则α粒子受到的库仑斥力很小,运动方向改变小. 只有当α粒子与核十分接近时,才会受到很大库仑斥力,而原子核很小,所以α粒子接近它的机会就很少,所以只有极少数大角度的偏转,而绝大多数基本按直线方向前进.

  2. 相关知识

  科学家们在20世纪初根据发现的事实,提出了许多关于原子结构的模型,较有影响的有:

  (1) 汤姆生的枣糕模型:原子是一个球体,正电荷均匀地分布在整个球内,电子像枣糕里的枣那样镶嵌在原子里面,这一模型是建立在发现电子这一事实之上的,可以解释原子的电中性和定性解释原子光谱,它否定原子不可再分的旧观念,认为原子从整体上看是一个球体. 但是此模型无法解释α粒子散射现象.

  (2) 卢瑟福的核式结构模型:正如上述实验中所提到的,这种模型的建立依据的就是α粒子的散射实验,当汤姆生的枣糕模型无法解释这一实验现象时,卢瑟福因此而否定了汤姆生的模型,而提出了核式结构模型,但卢瑟福保留了汤姆生模型中原子呈现电中性的合理成分.

  (3) 玻尔模型:卢瑟福的原子式结构学说初步建立原子结构的正确图景,但根据经典的电磁理论认为:原子应该是不稳定的,原子光谱应该是包含一切频率的连续光谱. 事实上原子的光谱是一些不连续的明线光谱通常原子也是稳定的等,所以1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福学说基础上提出玻尔原子理论,他把普朗克的量子理论运用到了原子系统,玻尔原子理论可以很好的解释氢光谱的规律. 玻尔理论中的三点假设:

  定态——原子只能处于一系列不连续的能量状态,这些能量状态是稳定的.
  跃迁——原子在两个能量状态间跃迁时,需辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定=E-E.
  轨道量子化——电子只能在一系列不连续的轨道上运动.

    难点突破:

    卢瑟福的原子核式结构模型可解释原子发光现象:原子核外电子做变加速运动,因而就要向外辐射电磁波,而形成原子光谱.

    例题2-33 在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是(  )

     A. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
     B. 正电荷在原子中是均匀分布的
     C. 原子中存在着带负电的电子
     D. 原子只能处于一系列不连续的能量状态中
  


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