第十八章 原子的结构

第十八章原子的结构第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期五1897年J.J.汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子，12年后R.A.密立根用油滴实验测出了电子的电荷。

电子的发现1856-1940英国剑桥大学实验物理学家

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19世纪末，在对气体放电现象的研究中，科学家发现了电子。8原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。

早在1858年，德国物理学家普吕克尔利用低压气体放电管研究气体放电时发现一种奇特的现象。1876年德国物理学家戈德斯坦研究后命名为阴极射线阴极射线第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期五阴极射线的本质一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射一种认为阴极射线是带电微粒思考：根据带电粒子在电磁场中的运动规律，你知道哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期五

英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始研究，对阴极射线进行了一系列的实验研究。他认为阴极射线是带电粒子流。实验验证第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期五

在真空度高的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极。对于真空度不高的放电管来说，粒子还可能来自管中的气体。汤姆孙的气体放电管的示意图

带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷q/m，是一个重要的物理量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。建议你依照下面的提示自己算一算。第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期五1.当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点。施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？汤姆孙的气体放电管的示意图第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期五2.如果要抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到

P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。这个磁场的方向是？写出此时每个阴极射线微粒（质量为m，速度为v）受到的洛仑兹力和电场力。你能求出阴极射线的速度v的表达式吗？汤姆孙的气体放电管的示意图第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期五3.由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量E=?。磁感应强度B同样按已知量处理。汤姆孙的气体放电管的示意图第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期五4.如果去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场B，磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧(r可以通过P3的位置算出)。此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力就是______力。汤姆孙的气体放电管的示意图第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期五实验结论1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。

当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这表明什么？

这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期五

荷质比约为质子（氢离子）比荷的2000倍。是电荷比质子大？还是质量比质子小？

汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。

后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确的。后来阴极射线的粒子被称为电子实验结论分析第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期五

进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、β射线（研究对象普遍化）。

电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。电子

美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量：

e=1.6022×10－19C

根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：

m=9.1094×10－31kg质子质量与电子质量的比值：第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期五密立根油滴实验第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期五密立根油滴实验的原理图第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期五1897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？汤姆孙第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期五第二节原子的核式结构模型物理选修3-5第十八章原子的结构第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期五电子正电荷汤姆孙的原子模型：

原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。枣糕模型第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期五α粒子散射实验1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了

粒子散射实验卢瑟福第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期五第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期五实验结果：3.极少数α粒子发生大角度偏转，有的甚至被弹回。1.绝大多数α粒子：沿原方向前进2.少数α粒子：发生大角度偏转，甚至偏角超过900第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期五实验现象及分析1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进；2、少数α粒子发生了较大的偏转，甚至偏角超过900；3、极少数α粒子发生大角度偏转，有的甚至被弹回。说明原子中绝大部分是空的。可见α粒子受到较大的库仑力作用。好像α粒子与比它的质量大得多的物体发生了“碰撞”。第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期五汤姆孙模型预言的α粒子散射实验的结果是怎样的？正电荷在原子内部均匀分布，α粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相抵消，使α粒子偏转的力不会很大。第二十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期五1.在原子的中心有一个很小的核称为原子核；2.原子核的特点：原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里；3.原子特点：带负电的电子在核外空间绕核旋转。原子的核式结构的提出第二十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期五