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原子结构

一、电子的发现

如图，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；

把它们分别连接在感应圈的负极和正极上。管中十字状物体是一个金属

片。接通电源时，感应圈产生的近万伏的高电压加在两个电极之间，可

以看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。1876年德国物

理物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起

的，并把这种射线命名为阴极射线。

19世纪，对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种观点认为阴极射线是一种电磁辐射，

另一种观点认为阴极射线是带电微粒。

1．电子的发现

英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。1897年，他根据阴极射线在电场和磁场

中的偏转情况断定，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。

汤姆孙发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的。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。后来组成阴极射线的粒子被称为电子。

β

发现电子以后，汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热离子发射效应和射线

β

等。他发现，不论阴极射线、射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。由此可见，

电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。

2．枣糕模型

在汤姆孙发现电子后，对原子中正负电荷如何分布的问题，科学家们提出了许多模型，其中

较有影响的是汤姆孙本人提出的“枣糕模型”。他认为：原子是一个球体，正电荷弥漫性地

均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。

二、原子的核式结构

1α

．粒子散射实验

α

1909年，英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行了粒子散射实验的研究，

下面我们来介绍这个实验。

⑴实验装置介绍

αRFα

被铅块包围的粒子源形成一束射线打在金箔上，由于金原子中带电粒子对粒子的库

αM

仑力作用，使得一些粒子的运动方向会发生改变，即发生散射。观测装置是带有荧光

α

屏的放大镜，被散射的粒子打在荧光屏上会有微弱的闪光产生，我们可在水平面内不同的

αα

角度对散射的粒子进行观察。从粒子源到荧光屏这段路程处于真空中。

⑵实验现象

αα18000

绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子（约占）

90

发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于，也就是说它们几乎被“撞了回来”。

⑶实验结论

1

α7300α

大角度的偏转不可能是由电子造成的，因为它只有粒子质量的，它对粒子速度的

α

大小和方向的影响完全可以忽略。因此，造成粒子偏转的主要原因是它受到了原子中除电

子以外的其他物质的作用，而这部分物质的质量很大，而且是带正电的。

卢瑟福分析了实验数据后发现，事实应该是：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集

α

中在很小的空间范围。这样才会使粒子经过时受到很强的斥力，从而发生大角度