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盧瑟福原子模型

標籤:原子結構原子模型原子結構發展史

盧瑟福原子模型 又稱「有核原子模型」、「原子太陽系模型」、「原子行星模型引」。關於原子結構的一種模型。1911年由盧瑟福提出。認為原子的質量幾乎全部集中在直徑很小的核心區域,叫原子核,電子在原子核外繞核作軌道運動。原子核帶正電,電子帶負電。

1模型建立過程

實驗驗證
盧瑟福在放射線的前進方向放不同厚度的材料,觀察射線被吸收的情況。第一種射線不受磁場的影響,說明它是不帶電的,而且有很強的穿透力,一般的材料如紙、木片之類的東西都擋不住射線的前進,只有比較厚的鉛板才可以把它完全擋住,稱為γ射線。第二種射線會受到磁場的影響而偏向一邊,從磁場的方向可判斷出這種射線是帶正電的,這種射線的穿透力很弱,只要用一張紙就可以完全擋住它。這就是盧瑟福發現的α射線。第三種射線由偏轉方向斷定是帶負電的,性質同快速運動的電子一樣,稱為β射線。盧瑟福對他自己發現的α射線特別感興趣。他經過深入細緻的研究后指出,α射線是帶正電的粒子流,這些粒子是氦原子的離子,即少掉兩個電子的氦原子。
「計數管」是來自德國的學生漢斯·蓋革(Hans Geiger,1882-1945))發明的,可用來測量肉眼看不見的帶電微粒。當帶電微粒穿過計數管時,計數管就發出一個電訊號,將這個電訊號連到報警器上,儀器就會發出「咔嚓」一響,指示燈也會亮一下。看不見摸不著的射線就可以用非常簡單的儀器記錄測量了。人們把這個儀器稱為蓋革計數管。藉助於蓋革計數管,盧瑟福所領導的曼徹斯特實驗室對α粒子性質的研究得到了迅速的發展。
1910年馬斯登(E.Marsden,1889-1970)來到曼徹斯特大學,盧瑟福讓他用α粒子去轟擊金箔,做練習實驗,利用熒光屏記錄那些穿過金箔的α粒子。按照湯姆遜的葡萄乾蛋糕模型,質量微小的電子分佈在均勻的帶正電的物質中,而α粒子是失去兩個電子的氦原子,它的質量約為電子質量的7300倍。當這樣一顆重型炮彈轟擊原子時,小小的電子是抵擋不住的。而金原子中的正物質均勻分佈在整個原子體積中,也不可能抵擋住α粒子的轟擊。也就是說,α粒子將很容易地穿過金箔,即使受到一點阻擋的話,也僅僅是α粒子穿過金箔后稍微改變一下前進的方向而已。這類實驗,盧瑟福和蓋革已經做過多次,他們的觀測結果和湯姆遜的葡萄乾蛋糕模型符合得很好。α粒子受金原子的影響稍微改變了方向,它的散射角度極小。
馬斯登和蓋革又重複著這個已經做過多次的實驗,奇迹出現了!他們不僅觀察到了散射的α粒子,而且觀察到了被金箔反射回來的α粒子。在盧瑟福晚年的一次演講中曾描述過當時的情景,他說:「我記得兩三天後,蓋革非常激動地來到我這裡,說:『我們得到了一些反射回來的α粒子......』,這是我一生中最不可思議的事件。這就像你對著捲煙紙射出一顆15英寸的炮彈,卻被反射回來的炮彈擊中一樣地不可思議。經過思考之後,我認識到這種反向散射只能是單次碰撞的結果。經過計算我看到,如果不考慮原子質量絕大部分都集中在一個很小的核中,那是不可能得到這個數量級的。」
現實意義
盧瑟福的理論開拓了研究原子結構的新途徑,為原子科學的發展立下了不朽的功勛。然而,在當時很長的一段時間內,盧瑟福的理論遭到物理學家們的冷遇。盧瑟福原子模型存在的致命弱點是正負電荷之間的電場力無法滿足穩定性的要求,即無法解釋電子是如何穩定地待在核外。1904年長崗半太郎提出的土星模型就是因為無法克服穩定性的困難而未獲成功。因此,當盧瑟福又提出有核原子模型時,很多科學家都把它看作是一種猜想,或者是形形色色的模型中的一種而已,而忽視了盧瑟福提出模型所依據的堅實的實驗基礎。
盧瑟福具有非凡的洞察力,因而常常能夠抓住本質作出科學的預見。同時,他又有十分嚴謹的科學態度,他從實驗事實出發作出應該作出的結論。盧瑟福認為自己提出的模型還很不完善,有待進一步的研究和發展。他在論文的一開頭就聲明:「在現階段,不必考慮所提原子的穩定性,因為顯然這將取決於原子的細微結構和帶電組成部分的運動。」當年他在給朋友的信中也說:「希望在一、二年內能對原子構造說出一些更明確的見解。」

2盧瑟福簡介

科學成就
1、他關於放射性的研究確立了放射性是發自原子內部的變化。放射性能使一種原子改變成另一種原子,而這是一般物理和化學變化所達不到的;這一發現打破了元素不會變化的傳統觀念,使人們對物質結構的研究進入到原子內部這一新的層次,為開闢一個新的科學領域——原子物理學,做了開創性的工作。
2.1912年,盧瑟福根據α粒子散射實驗現象提出原子核式結構模型。該實驗被評為「物理最美實驗」之一。
3、質子的發現1919年,盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實驗。他從氮核中打出的一種粒子,並測定了它的電荷與質量,它的電荷量為一個單位,質量也為一個單位,盧瑟福將之命名為質子。
4、他通過α粒子為物質所散射的研究,無可辯駁的論證了原子的核模型,因而一舉把原子結構的研究引上了正確的軌道,於是他被譽為原子物理學之父。由於電子軌道也就是原子結構的穩定性和經典電動力學的矛盾,才導致玻爾提出背離經典物理學的革命性的量子假設,成為量子力學的先驅。 5、人工核反應的實現是盧瑟福的另一項重大貢獻。自從元素的放射性衰變被確證以後,人們一直試圖用各種手段,如用電弧放電,來實現元素的人工衰變,而只有盧瑟福找到了實現這種衰變的正確途徑。這種用粒子或γ射線轟擊原子核來引起核反應的方法,很快就成為人們研究原子核和應用核技術的重要手段。在盧瑟福的晚年,他已能在實驗室中用人工加速的粒子來引起核反應。
趣聞軼事
1、有個外號叫「鱷魚」
盧瑟福從小家境貧寒,通過自己的刻苦努力,這個窮孩子完成了他的學業。這段艱苦求學的經歷培養了盧瑟福一種認準了目標就百折不回勇往直前的精神。後來學生為他起了一個外號——鱷魚,並把鱷魚徽章裝飾在他的實驗室門口。因為鱷魚從不回頭,他張開吞食一切的大口,不斷前進。
2、搖身一變成為「化學家」
1908年,盧瑟福獲得該年度的諾貝爾化學獎,他對自己不是獲得物理學獎感到有些意外,他風趣地說:「我竟搖身一變,成為一位化學家了。」「這是我一生中絕妙的一次玩笑!」
3、傑出的學科帶頭人
盧瑟福還是一位傑出的學科帶頭人,被譽為「從來沒有樹立過一個敵人,也從來沒有失去一位朋友」的人。在他的助手和學生中,先後榮獲諾貝爾獎的竟多達12人。1912年度諾貝爾物理學獎的獲得者玻爾曾深情地稱盧瑟福是「我的第二個父親」。 科學界中,至今還傳頌著許多盧瑟福精心培養學生的小故事。
4、是我製造了波浪
盧瑟福屬於那種「性格極為外露」的人,他總是給那些見過他的人留下深刻的印象。他個子很高,聲音洪亮,精力充沛,信心十足,並且極不謙虛。當他的同事評論他有不可思議的能力並總是處在科學研究的「浪尖」上時,他迅速回答道:「說的很對,為什麼不這樣?不管怎麼說,是我製造了波浪,難道不是嗎?」幾乎所有的科學家都同意這一評價。
5、最後一個土豆
1895年,在農場挖土豆的盧瑟福收到了英國劍橋大學發來的通知書,通知他已被錄取為倫敦國際博覽會的獎學金生。盧瑟福接到通知書後扔掉挖土豆的鋤頭喊道:「這是我挖的最後一個土豆啦!」
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