1 第一章從葡萄干面包原子模型到原子結(jié)構(gòu)的行星模型

1、渴姆淼和他的葡萄千面包模型。他能取得成功的原因是從葡萄干面包原子模型到原子結(jié)構(gòu)的行星模型知識(shí)梳理復(fù)習(xí)提問1 .古代的人們對(duì)原子是如何認(rèn)識(shí)的？近代對(duì)原子的認(rèn)識(shí)過程是怎樣的？電子的發(fā)現(xiàn)和元素放射性現(xiàn)象說明了什么？原子結(jié)構(gòu)的行星模型是如何建立的？它的內(nèi)涵是什么？5 .你認(rèn)為原子結(jié)構(gòu)的行星模型絕對(duì)準(zhǔn)確嗎？知識(shí)回顧章頭圖是比利時(shí)工程師昂瓦特凱恩于1958年為布魯塞爾萬國(guó)博覽會(huì)設(shè)計(jì)的建筑物，它由九個(gè)巨大金屬圓球 組成，位于布魯塞爾易明多市立公園內(nèi)。每個(gè)圓球象征一個(gè)原子，顯示了人類和平利用原子能的美好前景。古代對(duì)原子的認(rèn)識(shí)惠施，即惠子。公元前4世紀(jì)戰(zhàn)國(guó)時(shí)代宋國(guó)人，一位能言善辯的學(xué)者。他認(rèn)為物質(zhì)是無限可分的墨

2、子，即墨翟，春秋時(shí)代著名思想家、學(xué)者。他認(rèn)為物質(zhì)被分割是有條件的。古希臘哲學(xué)家德謨克利特提出古典原子論，認(rèn)為物質(zhì)由極小的稱為“原子”的微粒構(gòu)成，物質(zhì)只能分割到原子近代道爾頓的原子論化學(xué)元素均由不可再分的微粒構(gòu)成，這種微粒成為原子：原子在一切化學(xué)變化中均保持其不可再分性；同一元素的原子在質(zhì)量和性質(zhì)上都相同，不同元素的原子在質(zhì)量和 性質(zhì)上都不相同：不同元素化合時(shí)，這些元素的原子按簡(jiǎn)單整數(shù)比結(jié)合成化合物。湯姆遜的葡萄干面包模型電子是1897年由英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫(Joseph John Thomson， 1856 -1940)在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)的。他證明了陰極射線是一種高速帶電 的粒子流，并測(cè)定這

3、種粒子的電荷與質(zhì)量之比(荷質(zhì)比)e/m。他發(fā)現(xiàn)不 論陰極射線管的電極用何種金屬材料制成，產(chǎn)生陰極射線的粒子的荷質(zhì) 比都相同，這種粒子應(yīng)是物質(zhì)共有的組成部分。他在1897年4月30日給英國(guó)皇家協(xié)會(huì)的報(bào)告中稱這種粒子為電子”。湯姆孫提出了葡萄干面包模型，認(rèn)為原子中的正電荷是均勻分布在整個(gè)原子的球體內(nèi)，電子則均勻分布在這些 正電荷之間。x射線的發(fā)現(xiàn)x射線是1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴(Wilhelm conrad Rontgen，18451923)在研究陰極射線激發(fā)玻璃管壁而產(chǎn)生 的熒光時(shí)發(fā)現(xiàn)的。他偶然發(fā)現(xiàn)用黑紙封套包裹著的照相底片放在高真空的陰極射線管附近時(shí)會(huì)感光，這說明放電管內(nèi) 發(fā)出了某種能穿透底

4、片封套的射線，這種射線穿透力強(qiáng)，但不被電磁場(chǎng)館轉(zhuǎn)，它能穿透23 cm厚的木板、15 mm厚 的鋁片，如果把手放在放電管與屏之間，可以從手影中見到手骨的骨影。后來研究證明，x射線是一種波長(zhǎng)很短的電 磁波。鈾的放射性貝克勒爾(Antoine Henri Becquerel， 18521908)發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象純屬偶然，當(dāng)時(shí)有人認(rèn)為能發(fā)出熒光的物質(zhì)會(huì) 放出x射線，貝克勒爾試圖用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這一觀點(diǎn)。他把一種含鈾化合物的晶體一一鉀鈾酰硫酸鹽K(UO)SO4放在 陽光下暴曬，直到晶體可以在黑暗中發(fā)出很強(qiáng)的熒光，然后把它放在用黑紙包裹的照相底片上，結(jié)果底片感了光，他 認(rèn)為晶體發(fā)出的是X射線。他想進(jìn)一步研究這種

5、射線，但卻遇上了連日陰雨。他只好把含鈾化合物晶體與用黑紙包 好的底片一起放進(jìn)抽屜，五天后雨停了，焦急的他忘了把晶體暴曬就徑直把底片沖洗，竟發(fā)現(xiàn)底片也感了光，而且感 光強(qiáng)度特別大，產(chǎn)生了黑如木炭的斑點(diǎn)。因沒有經(jīng)過陽光照射，晶體不可能產(chǎn)生熒光，說明熒光與引起感光的射線間 沒有必然的聯(lián)系。這射線一定是含鈾化合物或含鈾晶體本身放射出來的。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，這種穿透性射線是鈾放射 出來的。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，證明原子的可分性的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)和現(xiàn)象分別是電子的發(fā)現(xiàn)和元素的放射性現(xiàn)象a射線和B射線的發(fā)現(xiàn)分并分別命名為a射線和B射線。他還發(fā)現(xiàn)了放射性元素“釷。1909年他和他的同事根據(jù)他們?cè)O(shè)計(jì)和進(jìn)行的a粒子

6、散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了原子核的存在，并提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型。1919年他用a粒子轟擊氮原子核而獲得了氧的同 位素，第一次實(shí)現(xiàn)了元素的人工蛻變。1908年他因在核化學(xué)方面的巨大貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。散射光束在介質(zhì)中前進(jìn)時(shí)，部分光線偏離原方向而分散傳播的現(xiàn)象。粒子束在前進(jìn)中與物質(zhì)發(fā)生相互作用而使部分 粒子偏離原方向前進(jìn)，也稱為散射。a粒子散射實(shí)驗(yàn)(可以給學(xué)生放實(shí)驗(yàn)視頻“模擬a粒子散射實(shí)驗(yàn)”，該視頻可到“資源中心/教學(xué)工具庫/化 學(xué)/高一”文件夾中下載。)把1g金打成盡可能薄的金箔，經(jīng)計(jì)算此金箔大約由400層金原子排列組成。下面是盧瑟福所做的a粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意圖。a粒子構(gòu)成微粒是，a粒子在真空中能

7、穿 過金箔的原因是質(zhì)量相對(duì)來說，速率 (光速的 1/10)，帶 電荷，能對(duì)其它帶電微粒產(chǎn)生較強(qiáng)作用。根據(jù)盧瑟福預(yù)測(cè)的結(jié)果，能看到a粒子的點(diǎn)是， 其理論依據(jù)是 模型。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果a粒子所出現(xiàn)的點(diǎn)是，此實(shí)驗(yàn)說明了 。盧瑟福因?yàn)樵谠咏Y(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他的主要功績(jī)【答案】(1)帶兩個(gè)單位正電荷的He2+較大，大，正；(2) A，湯姆孫的葡萄干面包，ABC，湯姆孫的葡萄干面 包模型是錯(cuò)誤的，提出原子結(jié)構(gòu)的行星模型，實(shí)事求是。通過a粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福認(rèn)為：絕大部分a粒子能直線穿過金箔，說明原子一定是中空的；極少數(shù)的a粒子能被金箔偏轉(zhuǎn)，有的還被直接彈了回來，說明在原子中存在著很小

8、的 帶正電荷的核。盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)行星模型原子是由帶正電荷的質(zhì)量很集中的很小的原子核和在它周圍運(yùn)動(dòng)著的帶負(fù)電荷的電 子組成的，就像行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一樣的體系?！狙a(bǔ)充說明】a粒子散射實(shí)驗(yàn)的中對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的推斷是基于一系列的概率統(tǒng)計(jì)得出 的結(jié)果。(1)每10000個(gè)a粒子中約有1個(gè)發(fā)生了大于1 的路徑偏轉(zhuǎn)，發(fā)生更大偏折的機(jī)率 更小。a粒子被直接彈回，說明前進(jìn)途徑中遇到了質(zhì)量較大、體積很小的帶正電荷的物體的“阻擋，。直線運(yùn)動(dòng)的a和B粒子在碰到物質(zhì)原子時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。B粒子的散射數(shù)目要比a粒子更多， 因?yàn)锽粒子的動(dòng)量和能量要小得多。似乎已沒有疑問，如此迅速移動(dòng)的粒子以其原來的路徑穿過了原子，而觀

9、察到 的偏轉(zhuǎn)是由于遍布于原子系統(tǒng)內(nèi)強(qiáng)電場(chǎng)作用的結(jié)果。一般假設(shè)，一束a或B粒子射線在通過薄片物質(zhì)時(shí)的散射，是 物質(zhì)原子來回多次小散射的結(jié)果。然而，Geiger和Marsden對(duì)a射線散射的觀察顯示，某些a粒子在單次碰撞時(shí)， 一定會(huì)發(fā)生大于正常角度的偏轉(zhuǎn)。例如，他們發(fā)現(xiàn)，一小部分入射冬粒子，大約20000個(gè)中有1個(gè)，在穿過厚度 約為0.00004cm的金箔時(shí)平均偏轉(zhuǎn)了 90的角度，如此厚度的金箔阻止a粒子的能力相當(dāng)于1.6mm厚度的空氣。 Geiger接著指出，一束a粒子穿過以上厚度金箔最可能偏轉(zhuǎn)的角度是0.87?；诟怕世碚摰囊粋€(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算表明， 粒子偏轉(zhuǎn)90的機(jī)會(huì)是微乎其微的。此外，稍后可以看出

10、，如果這種大角度偏轉(zhuǎn)是由許多小的偏轉(zhuǎn)組成，那么，這 種大角度偏轉(zhuǎn)的a粒子對(duì)各種角度的分布并不遵守預(yù)期的概率定律。大角度偏轉(zhuǎn)是由于單次原子碰撞的設(shè)想似乎是 有道理的，因?yàn)榈诙瓮瑯优鲎捕a(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的概率在大多數(shù)情況下是很小的。一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算顯示，原子必須 具有強(qiáng)電場(chǎng)的核心，才能在單次碰撞中產(chǎn)生如此大的偏轉(zhuǎn)。12 .放射性元素的三種射線盧瑟福(Ernest Ruttherford， 187l1937)，英國(guó)物理學(xué)家，生于新西蘭。1899年他發(fā)現(xiàn)放射性輻射中的兩種成 a射線一一氦原子失去電子后的正離子(He2+)B射線一一電子流Y射線一一波長(zhǎng)很短的電磁波（三）思考與復(fù)習(xí)解答（檢查學(xué)生教材第7頁的

11、思考與復(fù)習(xí)是否完成，進(jìn)行提問。）1 .道爾頓提出原子論。認(rèn)為“化學(xué)元素均由不可再分的微粒構(gòu)成”，這種微粒稱為原子。道爾頓的原子學(xué)說為近代化學(xué)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。湯姆孫首先指出原子是有結(jié)構(gòu)的，并提出了葡萄干面包模型，認(rèn)為原子中的正電荷均勻分布在整個(gè)原子的球形體盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)的理論主要內(nèi)容有（選自新教材全解（吉林出版社）原子的中心有個(gè)核，叫原子核原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核里化學(xué)變化中的基本微粒保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒B.具有穿過原子的可能性D.在轟擊金箔時(shí)少量被散射C.能夠擊穿原子核而不破碎極；另一種能產(chǎn)生電子內(nèi)，電子則均勻地分布在這些正電荷之

12、間。倫琴發(fā)現(xiàn)x射線后，對(duì)原子結(jié)構(gòu)的探索有了新的突破。盧瑟福根據(jù)電子的發(fā)現(xiàn)和元素的放射性現(xiàn)象，證實(shí)了原子是可分的，提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型?！練w納】填寫下列方框【答案】原子可分；原子結(jié)構(gòu)行星模型。既然絕大部分n粒子能直線穿過金箔，說明原子一定是中空的；既然極少數(shù)的a粒子能被金箔偏轉(zhuǎn)，有的還 被直接彈了回來，那就說明在原子中存在著很小的帶正電荷的核。通過對(duì)電荷、質(zhì)量和偏轉(zhuǎn)角度等的計(jì)算，1911年盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型（solarsystem model），即原子 是由帶正電荷的原子核和核外帶負(fù)電的電子組成的，就像行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)那樣的體系。四、典型例題 中國(guó)古代的哲學(xué)家中，認(rèn)為物質(zhì)是無限可分

13、的是（）惠施Bt墨子C.老子D.孔子道爾頓的原子學(xué)說曾經(jīng)起了很大作用。估的學(xué)說中，包含有下述三個(gè)論點(diǎn)：原子是不能再分的粒子；同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同；原子是微小的實(shí)心球體。從現(xiàn)代的觀點(diǎn)看，你認(rèn)為這三個(gè)論點(diǎn)，其中不確切的是（）只有B.只有C.只有 D .有 下列關(guān)于放射性元素說法正確的是（）所有的元素都具有放射性；只有鈾具有放射性；元素具有放射性是由原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化引起的；放射性 元素的放射現(xiàn)象不是自發(fā)的，需要外界條件（如光照）來引起的A .BC D.（D盧瑟福在研究元素放射性時(shí)發(fā)現(xiàn)，放射性元素可以放出三種射線，下圖中A、B、C分別代表三種射線。 TOC o 1-5 h z 其中A代

14、表，本質(zhì)是；B代表，本質(zhì)是；C代表，本質(zhì)是?！敬鸢浮?.A 2.D 3.B 4. B射線，電子流；a射線，氦核（He2+）；Y射線，波長(zhǎng)很短的電磁波。英國(guó)科學(xué)家湯姆孫在打開原子結(jié)構(gòu)大門中的偉大貢獻(xiàn)是（ （選自新教材全解（吉林出版社）帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)【答案】ACD 五、課堂練習(xí)（選自化學(xué)測(cè)試與評(píng)析A、B級(jí)（上海教育出版社）在歷史上，人類對(duì)原子的探究經(jīng)歷了多個(gè)階段。請(qǐng)將有關(guān)科學(xué)家與提出的觀點(diǎn)用直線連接起來?；菔?物質(zhì)被分割是有條件的墨子-物質(zhì)是由極小的被稱為原子的微粒構(gòu)成的德謨克利特-物質(zhì)是無限可分的道爾頓-原子結(jié)構(gòu)的行星模型湯姆孫-原子的葡萄干面包模型盧瑟福-近代原子論（原子不可再分、

15、同種元素的原子的質(zhì)量和性質(zhì)相同、原子按簡(jiǎn)單整數(shù)比結(jié)合）應(yīng)用元素放射產(chǎn)生的a粒子作實(shí)驗(yàn)，打開了原子世界的大門，關(guān)于盧瑟福的這一科學(xué)成就的說法錯(cuò)誤的是 ）是偶然想象得出的結(jié)論B.是應(yīng)用和創(chuàng)新取得的成就是繼承和發(fā)展了科學(xué)研究的結(jié)果 D.是為現(xiàn)代原子論打下了基礎(chǔ)3.下列說法中錯(cuò)誤的是（）發(fā)現(xiàn)電子后，很快創(chuàng)建出原子結(jié)構(gòu)的行星模型放射性及a粒子的發(fā)現(xiàn)為打開原子結(jié)構(gòu)的大門打下了基礎(chǔ)原子結(jié)構(gòu)的行星模型是在思考a粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)結(jié)果后得出的從古典原子論到現(xiàn)代原子論的過程說明科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的 TOC o 1-5 h z 原子是（）構(gòu)成物質(zhì)不可再分的微粒B.C.保持物質(zhì)性質(zhì)的一種微粒D. 關(guān)于a粒子的說法不正確

16、的是（）A.是帶2個(gè)單位正電荷的氦離子一種能產(chǎn)生正2價(jià)的氦離子的射線稱為射線，在外電場(chǎng)作用下，其偏向.流的射線稱為 寸線，在外電場(chǎng)偏向 極；還有一種被稱為 射線的是在多少克水中所含的氫原子與48 g甲烷所含的氫原子數(shù)相等？【答案】1.略2.A 3.A 4.B 5.C 6. a，負(fù)；B，正；Y，波長(zhǎng)很短的電磁波7. 108g六、課堂總結(jié)1.原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展簡(jiǎn)史道爾頓一一原子學(xué)說湯姆孫一一葡萄干面包原子模型（模型法）原子中的正電荷均勻地分布在整個(gè)原子的球形體內(nèi)，電子則均勻地分布在這些正電荷之間。倫琴一一發(fā)現(xiàn)X射線發(fā)現(xiàn)了電子提出了原子結(jié)構(gòu)的模型貝克勒爾一一發(fā)現(xiàn)鈾的放射性盧瑟福一一發(fā)現(xiàn)放射出的射線是“

17、 a、B ”射線盧瑟福一一原子結(jié)構(gòu)的行星模型（實(shí)驗(yàn)法）打破了原子不可分的傳統(tǒng)觀念提出原子是由帶正電的物質(zhì)和電子構(gòu)成的A. B. C. D.【答案】D絕大多數(shù)a粒子能直接穿過金箔，說明原子內(nèi)部絕大部分是空的；極少數(shù)的a粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，甚至直接彈回，說 明原子內(nèi)部有一個(gè)很小的帶正電荷的質(zhì)量中心（核）。原子是由帶正電荷的質(zhì)量很集中的很小的原子核和在它周圍運(yùn) 動(dòng)著的帶負(fù)電荷的電子組成的，就像行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一樣。2 .放射性元素的三種射線a射線一一氦原子失去電子后的正離子（He2+）B射線一一電子流Y射線波長(zhǎng)很短的電磁波七、課后作業(yè)（選自化學(xué)測(cè)試與評(píng)析A、B級(jí)（上海教育出版社）提出古典原子論的是（）A.惠

18、施B.墨子C.德謨克利特D.道爾頓在1903年，湯姆孫提出的有關(guān)原子的觀點(diǎn)是（）原子在一切化學(xué)變化中均保持其不可再分性物質(zhì)是無限可分的物質(zhì)是由極小的被稱為原子的微粒構(gòu)成的原子像個(gè)面包，電子則像均勻分布在面包中的葡萄干貝克勒爾對(duì)倫琴發(fā)現(xiàn)x射線，盧瑟福對(duì)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性，共同的態(tài)度是（）僅感到十分奇妙提出新的問題并去探究興致勃勃地談?wù)撊思业陌l(fā)明對(duì)別人的事毫無興趣關(guān)于盧瑟福等研究放射性蛻變產(chǎn)生的射線的說法正確的是（）a粒子是H+B射線是電子流Y射線是電子流B粒子 是 He2+下列關(guān)于原子的敘述中，正確的是（）在化學(xué)反應(yīng)中不能再分的微粒叫原子由原子核和核外電子構(gòu)成的微粒叫原子原子是化學(xué)變化中的最小微粒原子是不能再分的最小微粒古典原子論、近代原子論、模型和 模型、現(xiàn)代原子論，是人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的不同階段,其中提出上述兩種模型的科學(xué)家是和 O摩爾是