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卢瑟福原子模型又称“有核原子模型”、“原子太阳系模型”、“原子行星模型引”。关于原子结构的一种模型。1911年由卢瑟福提出。觉得原子的质量几乎全部集中在半径很小的核心区域,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。
英文名
卢瑟福原子模型
外文名
model
别称
原子太阳系模型、原子行星模型
类型
关于原子结构的一种模型
提出者
卢瑟福
提出时间
1911年
目录
1▪▪▪▪2▪▪▪▪
卢瑟福原子模型模型构建过程播报
卢瑟福原子模型理论发觉
日本化学学家欧内斯特·卢瑟福(,1871~1937)1895年来到美国卡文迪许实验室,追随汤姆逊学习,成为汤姆逊第一位来自海外的研究生。卢瑟福好学刻苦,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觉了α射线。
卢瑟福设计的巧妙的实验,他把铀、镭等放射性元素放到一个铅制的容器里,在铅容器上只留一个小孔。因为铅能罩住放射线,所以只有一小部份射线从小孔中射下来,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吸铁石,结果发觉有一种射线不受吸铁石的影响,保持直线行进。第二种射线受吸铁石的影响,偏向一边,但偏转得不厉害。第三种射线偏转得很厉害。
卢瑟福原子模型实验验证
卢瑟福在放射线的前进方向放不同长度的材料,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,并且有很强的穿透力,通常的材料如纸、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封住,称为γ射线。第二种射线会遭到磁场的影响而偏向一边,从磁场的方向可判定出这些射线是带正电的,这些射线的穿透力很弱,只要用一张纸就可以完全堵住它。这就是卢瑟福发觉的α射线。第三种射线由偏转方向推断是带负电的,性质同快速运动的电子一样,称为β射线。卢瑟福对他自己发觉的α射线非常感兴趣。他经过深入细致的研究后强调,α射线是带正电的粒子流,这种粒子是氦原子的离子,即少掉两个电子的氦原子。
“计数管”是来自日本的中学生汉斯·盖革(Hans,1882-1945))发明的,可拿来检测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案器上,仪器都会发出“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极其简单的仪器记录检测了。人们把这个仪器称为盖革计数管。藉助于盖革计数管,卢瑟福所领导的都柏林实验室对α粒子性质的研究得到了迅速的发展。
1910年马斯登(E.,1889-1970)来到阿德莱德学院,卢瑟福让他用α粒子去轰击金箔,做练习实验,借助萤光屏记录这些穿过金箔的α粒子。根据汤姆逊的蓝莓干面包模型,质量微小的电子分布在均匀的带正电的物质中,而α粒子是丧失两个电子的氦原子,它的质量约为电子质量的7300倍。当这样一颗轻型火箭弹轰击原子时,小小的电子是招架不住的。而金原子中的正物质均匀分布在整个原子容积中,也不可能阻挡住α粒子的轰击。也就是说,α粒子将很容易地穿过金箔,虽然遭到一点抵挡的话,也仅仅是α粒子穿过金箔后稍为改变一下前进的方向而已。这类实验,卢瑟福和盖革早已做过多次,她们的观测结果和汤姆逊的蓝莓干面包模型符合得挺好。α粒子受金原子的影响稍为改变了方向,它的散射角度极小。
马斯登和盖革又重复着这个早已做过多次的实验,奇迹出现了!她们除了观察到了散射的α粒子,并且观察到了被金箔反射回去的α粒子。在卢瑟福晚年的一次讲演中曾描述过当时的情境,他说:“我记得两一天后,盖革十分兴奋地来到我这儿,说:‘我们得到了一些反射回去的α粒子......’,这是我一生中最不可思议的风波。这如同你对着卷烟纸射出一颗15英寸的子弹,却被反射回去的子弹击中一样地不可思议。经过思索以后,我认识到这些反向散射只能是单次碰撞的结果。经过估算我看见,倘若不考虑原子质量绝大部份都集中在一个很小的核中,那是不可能得到这个数量级的。”
卢瑟福原子模型模型构建
卢瑟福所说的“经过思索之后”,不是思索三天、二天,而是思索了整整一、二年的时间。在做了大量的实验和理论估算和深思熟虑后,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。
卢瑟福检验了在他中学生的实验中反射回去的确是α粒子后,又仔细地检测了反射回去的α粒子的总量。检测表明,在她们的实验条件下原子物理学,每入射约八千个α粒子就有一个α粒子被反射回去。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,但对大角度散射难以解释。多次散射可以得到大角度的散射,但估算结果表明原子物理学,多次散射的机率非常微小,和上述八千个α粒子就有一个反射回去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,卢瑟福经过仔细的估算和比较,发觉只有假定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。在这个假定的基础上,卢瑟福进一步估算了α散射时的一些规律,但是作了一些结论。这种结论很快就被盖革和马斯登的一系列漂亮的实验所否认。
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”,支配它们之间的斥力是电磁互相斥力。他解释说,原子中带正电的物质集中在一个很小的核心上,但是原子质量的绝大部份也集中在这个很小的核心上。当α粒子正对着原子核心射来时,就有可能被大跌回来。这就完满地解释了α粒子的大角度散射。卢瑟福发表了一篇知名的论文《物质对α和β粒子的散射及原理结构》。
卢瑟福原子模型现实意义
卢瑟福的理论开拓了研究原子结构的新途径,为原子科学的发展立下了不朽的功勋。但是,在当时很长的一段时间内,卢瑟福的理论受到化学学家们的冷遇。卢瑟福原子模型存在的致命弱点是正负电荷之间的电场力难以满足稳定性的要求,即难以解释电子是怎样稳定地待在核外。1904年长岗半太郎提出的木星模型就是由于未能克服稳定性的困难而未获成功。因而,当卢瑟福又提出有核原子模型时,好多科学家都把它看作是一种猜测,或则是形形色色的模型中的一种而已,而忽略了卢瑟福提出模型所根据的坚实的实验基础。
卢瑟福具有非凡的洞察力,因此经常才能捉住本质做出科学的预见。同时,他又有非常严谨的科学心态,他从实验事实出发做出应当做出的推论。卢瑟福觉得自己提出的模型还很不健全,有待进一步的研究和发展。他在论文的一开头就申明:“在现阶段,毋须考虑所提原子的稳定性,由于其实这将取决于原子的细微结构和带电组成部份的运动。”当年他在给同事的信中也说:“希望在一、二年内能对原子构造说出一些更明晰的看法。”
卢瑟福原子模型卢瑟福简介播报
卢瑟福原子模型生平简介
1871年8月30日生于英国纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在法国长大。他步入美国的马尔堡大学学习。23岁时获得了三个学位(文学学士、文学硕士、理学学士)。1895年在英国学院结业后,获得美国剑桥学院的奖学金步入卡文迪许实验室,成为汤姆孙的研究生。提出了原子结构的行星模型,为原子结构的研究作出很大的贡献。1898年,在汤姆孙的推荐下,兼任美国麦吉尔学院的数学院士。他在那里呆了9年。于1907年返回日本出任纽卡斯尔学院的化学系所长。1919年接替退职的汤姆孙,兼任卡文迪许实验室处长。1925年连任为德国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵,1937年10月19日因病在剑桥去世,与牛顿和法拉第并排下葬,享年66岁。
卢瑟福原子模型科学成就
1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子,而这是通常数学和物理变化所达不到的;这一发觉打破了元素不会变化的传统观念,使人们对物质结构的研究步入到原子内部这一新的层次,为开辟一个新的科学领域——原子化学学,做了开创性的工作。
2.1912年,卢瑟福按照α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。
3、质子的发觉1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定了它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子。
4、他通过α粒子为物质所散射的研究,无可争辩的论证了原子的核模型,从而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道,于是他被誉为原子化学学之父。因为电子轨道也就是原子结构的稳定性和精典电动热学的矛盾,才造成玻尔提出背离经典数学学的革命性的量子假定,成为量子热学的先驱。
5、人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证之后,人们仍然企图用各类手段,如用电弧放电,来实现元素的人工衰变,而只有卢瑟福找到了实现这些衰变的正确途径。这些用粒子或γ射线轰击原子核来引发核反应的方式,很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年,他已能在实验室中用人工加速的粒子来引发核反应。
卢瑟福原子模型桃李漫天下
当人们评论卢瑟福的成就时,总要提及他“桃李漫天下”。在卢瑟福的精心培养下,他的中学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金:1921年,卢瑟福的助手索迪获诺贝尔物理奖;1922年,卢瑟福的中学生阿斯顿获诺贝尔物理奖;
1922年,卢瑟福的中学生玻尔获诺贝尔化学奖;1927年,卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔化学奖;1935年,卢瑟福的中学生查德威克获诺贝尔化学奖;1948年,卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔化学奖;1951年,卢瑟福的中学生科克拉夫特和瓦耳顿,共同获得诺贝尔化学奖;1978年,卢瑟福的中学生卡皮茨获诺贝尔化学奖。有人说,假若世界上筹建培养人才的诺贝尔奖金的话,这么卢瑟福是第一号候选人。
卢瑟福原子模型轶闻趣事
1、有个绰号叫“鳄鱼”
卢瑟福从小家境贫苦,通过自己的勤奋努力,这个穷小孩完成了他的学业。这段坚苦求学的经历培养了卢瑟福一种认准了目标就百折不回勇往直前的精神。后来中学生为他起了一个绰号——鳄鱼,并把蟒蛇臂章装潢在他的实验室旁边。由于蟒蛇从不回头,他伸开吞食一切的大口,不断前进。
2、摇身一弄成为“化学家”
1908年,卢瑟福获得该年度的诺贝尔物理奖,他对自己不是获得数学学奖倍感有些意外,他直率地说:“我竟摇身一变,成为一位物理家了。”“这是我一生中绝妙的一次玩笑!”
3、杰出的学科带头人
卢瑟福还是一位杰出的学科带头人,被誉为“从来没有树立过一个敌军,也从来没有丧失一位同学”的人。在他的助手和中学生中,先后入选诺贝尔奖的竟多达12人。1912年度诺贝尔化学学奖的获得者玻尔曾深情地称卢瑟福是“我的第二个儿子”。科学界中,至今还传诵着许多卢瑟福悉心培养中学生的小故事。
4、是我制造了波浪
卢瑟福属于那个“性格极为外露”的人,他总是给这些见过他的人留下深刻的印象。他个子很高,声音洪亮,精力充裕,信心爆棚,而且极不坦率。当他的朋友评论他有不可思议的能力并总是处在科学研究的“浪尖”上时,他迅速回答道:“说的很对,为何不这样?不管怎样说,是我制造了波浪,莫非不是吗?”几乎所有的科学家都同意这一评价。
5、最后一个红薯
1895年,在农场挖地瓜的卢瑟福收到了美国剑桥学院发来的通知书,通知他已被投档为多伦多国际博览会的奖学金生。卢瑟福接到通知书后丢弃挖地瓜的耙子大喊:“这是我挖的最后一个地瓜啦!”
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