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高中物理知识全解 5.1 原子结构

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高中物理知识全解5.1原子结构
一：电子的发现
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看到了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世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点：一种认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射，另一种认为阴极射线是带电微粒。
英国物理学家J.J.汤姆孙自1890年起开始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。（著名实验：气体放电管实验）

1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定它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。由实验测得阴极射线的比荷约为质子（氢离子）比荷的近2000倍。他认为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。
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）等。他发现这些实验都能发射同样的带电粒子（电子）。这种带电粒子的质量只比最轻原子的质量的两千分之一稍多一点。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。

由于电子很小，当时的测量手段有限，美国科学家密立根通过“油滴实验”精确地测定了电子的电量，密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
910
例：一个物体带1.610C的正电荷，这是它失去了10个电子的缘故。
注意：电子电荷的现代值为：e1.60217733(4910
19
C，从实验测得到的电子比
me9.10938971031kge荷及的数值，可以确定电子的质量：，质子质量与电子质
mp
1836
量的比值为：me

二：原子结构模型的发展①道尔顿模型
1808年，英国自然科学家约翰·道尔顿提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点：1、原子都是不能再分的粒子；2、同种元素的原子的各种性质和质量都相同；3、原子是微小的实心球体。②汤姆生模型
1898年，英国物理学家汤姆生提出“枣糕模型”或“西瓜模型”，是第一个存在着亚原子结构的原子模型。他的理论主要有以下二点：1、电子是平均地分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消；2、在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。③卢瑟福模型
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。实验过程：在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po，它发出的射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上。当粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个的闪光点，这些闪光点可用显微镜来观察。为了避免粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果，整个装置放在一个抽成真空的容器内，带有荧光屏的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上移动。

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