科學家在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)，當玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，陰極就發(fā)出一種射線。它能使對著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線的本質(zhì)是什么呢？
這種射線稱為陰極射線（cathde ray）。對這種射線本質(zhì)的認識有兩種觀點：一種觀點認為，它是一種電磁輻射；另一種觀點認為，它是帶電微粒。如何用實驗判斷哪一種觀點正確呢？
19世紀，對陰極射線本質(zhì)的認識有兩種觀點
一種觀點認為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射代表人物赫茲
另一種觀點認為陰極射線是帶電微粒代表人物湯姆孫?
J.J.湯姆孫 英國
如果是你，你將設(shè)計怎樣的實驗，來探究陰極射線的本質(zhì)是電磁波還是帶電粒子流？
讓陰極射線沿垂直場的方向通過電場或磁場，觀察它是否偏轉(zhuǎn)
如果陰極射線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，那么陰極射線就是在電場力或洛倫茲力的作用下偏轉(zhuǎn)的，說明陰極射線的本質(zhì)是帶電粒子流。
如果陰極射線沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表示陰極射線不帶電，說明陰極射線的本質(zhì)是電磁波
J.J.湯姆孫對陰極射線進行了一系列的實驗研究。他確認陰極射線是帶電的粒子。自1890年起開始研究。
小孔AB：使由C發(fā)出的粒子形成一束細細的射線
平行的金屬板之間夾有電場
通過射線產(chǎn)生的熒光的位置，可以研究射線的徑跡
湯姆孫的氣體放電管示意圖
1.實驗裝置：真空玻璃管、陰極、陽極和感應(yīng)圈.
在金屬板D1D2之間未加電場時，射線不偏轉(zhuǎn)，射在P1點
施加如圖電場后射線偏轉(zhuǎn)，射在P2點
3.陰極射線：熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線.
2.實驗現(xiàn)象：感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出熒光。
4.陰極射線是帶負電的粒子
需在D1D2之間施加垂直紙面向外的磁場
去掉D1D2之間的電場
射線在磁場作用下偏轉(zhuǎn)，射在P3點。
換用不同材料的陰極做實驗,所得比荷的數(shù)值都相同,是氫離子比荷的近兩千倍.證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分.
1.真空玻璃管兩極加上高電壓
2.物理學家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線.
3.猜想:(1)陰極射線是一種電磁輻射.(2)陰極射線是帶電微粒.
4.英國物理學家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn).
1889年4月30日，J.J.湯姆孫正式宣布發(fā)現(xiàn)電子; 電子的發(fā)現(xiàn)，結(jié)束了關(guān)于陰極射線本質(zhì)的爭論; 從此，人類意識到，原子并不是組成物質(zhì)的最小單位，探索原子結(jié)構(gòu)的序幕由此拉開……
陰極射線是帶負電的電子流。
由于J.J.湯姆生的杰出貢獻，1906年他獲得諾貝爾物理學獎。
想一想：為什么說電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元？
J.J湯姆孫研究發(fā)現(xiàn)： ① 許多現(xiàn)象中都發(fā)現(xiàn)了同樣的帶電粒子---電子， ② 它的質(zhì)量只比最輕原子質(zhì)量的兩千分之一稍多一點。
陰極射線是由比最小的原子還小的多的帶負電荷的微粒構(gòu)成的
物理學家把新發(fā)現(xiàn)的這種組成陰極射線的粒子稱之為電子。
【特別提醒】(1)注意陰極射線和X射線的區(qū)別.陰極射線是電子流，X射線是電磁輻射.(2)由陰極射線在電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)可確定射線由帶負電的粒子組成.
J.J.湯姆孫的兒子G.P.湯姆孫（Gerge?Paget?Thmsn，1892-1975），因通過實驗發(fā)現(xiàn)受電子照射的晶體中的干涉現(xiàn)象，1937年獲得諾貝爾物理學獎。 　　湯姆遜父子分別于1906年、1937年獲得物理學獎，是諾貝爾獎歷史上6次“子承父業(yè)”奇跡之一。
（2）湯姆孫通過進一步的研究證明：電子是原子的組成部分，是比原子更基本的單元。
J.J.湯姆孫的進一步研究
電子電荷的精確測定是在1909?1913年間由密立根通過著名的“油滴實驗”做出的。目前公認的電子電荷e的值為：
e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C
密立根實驗更重要的發(fā)現(xiàn)是：電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。
從實驗測到的比荷及e的數(shù)值，可以確定電子的質(zhì)量。現(xiàn)在人們普遍認為電子的質(zhì)量為：
me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg
質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值為：
【例題】(多選)如圖所示是J.J.湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是(　　)A．若在D1、D2之間不加電場和磁場，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點B．若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C．若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D．若在D1、D2之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)
【例題】(多選)1897年英國物理學家J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并被稱為“電子之父”，下列關(guān)于電子的說法正確的是(　　)A．J.J.湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中的運動得出了陰極射線是帶負電的粒子流的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷B．J.J.湯姆孫通過對光電效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)了電子C．電子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍D．J.J.湯姆孫用不同材料的陰極做實驗，并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象，說明電子是原子的組成部分，是比原子更小的基本的物質(zhì)單元
原子是一個球體，正電荷均勻分布在球體中，電子鑲嵌在正電荷之中，就象棗點綴在一塊蛋糕里一樣，所以又被人們稱為“棗糕模型（西瓜模型）”。
這個模型不久就被實驗事實否定了
1903年勒納德實驗：使電子束射到金屬膜上。
1、現(xiàn)象：較高速度的電子束很容易穿透原子。
2、推斷：說明原子內(nèi)部很空，或者說原子不是一個實心球體。
3、矛盾：與湯姆孫的原子模型（實心）不符。
說明湯姆孫的棗糕模型是有問題的，再后來盧瑟福α粒子散射實驗則完全否定了湯姆孫的模型。
以湯姆孫為首的英國劍橋?qū)W派，在原子物理學上所取得的這些驚人成就，使歐洲大陸上的物理學家都拜倒在他們的腳下。他的學生盧瑟福也接受了湯姆孫的原子模型，1909年盧瑟福建議其學生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗證湯姆孫原子模型。
歐內(nèi)斯特·盧瑟福1871年8月30日生于新西蘭納爾遜的一個手工業(yè)工人家庭，并在新西蘭長大。他進入新西蘭的坎特伯雷學院學習。23歲時獲得了三個學位（文學學士、文學碩士、理學學士）。
α粒子特性：（1）具有足夠的能量可以接近原子中心。（2）可使熒光物質(zhì)發(fā)光。
⑴α粒子：α粒子是從放射性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來的快速運動的粒子，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4 倍、電子質(zhì)量的7300倍。
1909 年，英國物理學家盧瑟福指導他的助手蓋革和馬斯頓進行α粒子散射實驗的研究時，所用儀器的示意圖。
③M顯微鏡帶有光屏S，可以在水平而內(nèi)轉(zhuǎn)到不同的方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M行觀察。
①R是被鉛塊包圍的α粒子源
②F是金箔：接收α粒子的轟擊
當α粒子打到金箔時，發(fā)生了α粒子的散射。統(tǒng)計散射到各個方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布情況。
金的延展性好，核電荷量大，核質(zhì)量大。
1、 α粒子射入金箔時難免與電子碰撞。試估計這種碰撞對α粒子速度影響的大小。2、按照J. J.湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內(nèi)。請分析：α粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進。
α粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的7300倍，α粒子與電子碰撞時，對α粒子速度影響的很小，碰撞前后，質(zhì)量大的α粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發(fā)生大的改變，因此不可能出現(xiàn)α粒子反彈現(xiàn)象，即使是非對心碰撞，也不會有大角度散射。
按照J. J.湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內(nèi)，由于受庫侖斥力的作用，α粒子穿過原子時，受到的各個方向正電荷的斥力基本會相互平衡，因此對α粒子運動的影響不會很大。大部分α粒子會有小角度偏轉(zhuǎn)，但不可能有大角度偏轉(zhuǎn)。
①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進。
③極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說，它們幾乎被“撞了回來”。
2、α粒子散射實驗現(xiàn)象
①J.J.湯姆孫的模型無法解釋大角度散射的實驗結(jié)果。
②占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的物質(zhì)集中在很小的空間范圍。這樣才會使α粒子在經(jīng)過時受到很強的斥力，使其發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。
⑴大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的
⑵α粒子偏轉(zhuǎn)主要是具有原子的大部分質(zhì)量的帶正電部分造成的
3、對α粒子散射實驗的解釋
⑶帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)做圓周運動
⑴在原子的中心有一個體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核
⑵原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里
4、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型
1895年在新西蘭大學畢業(yè)后，獲得英國劍橋大學的獎學金進入卡文迪許實驗室，成為湯姆孫的研究生。提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型，為原子結(jié)構(gòu)的研究做出很大的貢獻。 1898年，在湯姆孫的推薦下，擔任加拿大麥吉爾大學的物理教授。 1907年返回英國出任曼徹斯特大學的物理系主任。 1919年接替退休的湯姆孫，擔任卡文迪許實驗室主任。 1925年當選為英國皇家學會主席。1931年受封為納爾遜男爵。 1937年10月19日因病在劍橋逝世，與牛頓和法拉第并排安葬，享年66歲。
歐內(nèi)斯特·盧瑟福1871年8月30日生于新西蘭納爾遜的一個手工業(yè)工人家庭，并在新西蘭長大。他進入新西蘭的坎特伯雷學院學習。 23歲時獲得了三個學位（文學學士、文學碩士、理學學士）。
1899年命名 α 射線、β 射線；1902年提出原子自然衰變理論；1909～1911年，盧瑟福指導他的學生蓋革和馬斯頓進行了α粒子散射實驗。1911年提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型；1919年發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，預言中子；實現(xiàn)人工核反應(yīng)。直接培養(yǎng)了11名諾貝爾獎獲得者。被譽為原子物理學之父。
【例題】如圖所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個角度的散射情況。下列說法中正確的是(　　)
A．在圖中的A、B兩位置分別進行觀察，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈
【例題】(多選)關(guān)于α粒子散射實驗的說法正確的是(　 　)A．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，是因為它碰到了原子中的電子B．α粒子在靠近原子核時，庫侖斥力對它做負功，它的動能轉(zhuǎn)化為電勢能C．α粒子距離原子核最近時，加速度一定等于零，此時系統(tǒng)總能量最大D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗現(xiàn)象，否定了J.J.湯姆孫的原子模型，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型
⑴原子是由帶電荷＋Ze的核與核外Z個電子組成的。電子數(shù)Z等于原子核所帶正電荷數(shù)。
⑶原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。
Ze是原子核的電荷，單位是庫侖；Z是原子序數(shù)，也是原子核的電荷數(shù)，它表示原子核的電荷是一個電子電荷（絕對值）的多少倍。Z是沒有單位的，或者說Z的單位是1。
⑵原子序數(shù)Z 等于核電荷與電子電荷大小的比值
1、原子核的電荷、電子數(shù)、原子序數(shù)
原子核的電荷數(shù):電荷數(shù)(Z)=質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)
原子核的質(zhì)量數(shù):質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)
X為元素符號，Z為質(zhì)子數(shù)，A 為質(zhì)量數(shù)。核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)（A）＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)
原子核的半徑是很難測量的，一般通過其他粒子與核的相互作用來確定。α粒子散射可以用來估算核半徑。對于一般的原子核，實驗確定的核半徑的數(shù)量級為10-15 m，而整個原子半徑的數(shù)量級是10-10 m，兩者相差十萬倍之多。
原子內(nèi)部是十分“空曠”的
通常用核半徑描述核的大小
核半徑的數(shù)量級為10-15 m
原子半徑的數(shù)量級是10-10 m
【例題】(多選)根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)理論，下列對原子結(jié)構(gòu)的認識中，正確的是（ ）A.原子中絕大部分是空的，原子核很小B.電子在核外運動，庫侖力提供向心力C.原子的全部正電荷都集中在原子核里D.原子核的直徑大約為10－10 m
【例題】(多選)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學說的內(nèi)容，下列敘述正確的是(　　 )A．原子是一個質(zhì)量分布均勻的球體B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C．原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D．原子半徑的數(shù)量級是10－10 m，原子核半徑的數(shù)量級是10－15 m
(1)湯姆孫的棗糕式模型認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)。(　　)(2)α粒子散射實驗中絕大多數(shù)α粒子都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)。(　　)(3)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運動。(　　)(4)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)。(　　)(5)對于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠。(　　)
1、(多選)(盧瑟福和他的學生用α粒子轟擊不同的金屬，并同時進行觀測，經(jīng)過大量的實驗，最終確定了原子的核式結(jié)構(gòu).如圖為該實驗的裝置，其中熒光屏能隨顯微鏡在圖中的圓面內(nèi)轉(zhuǎn)動.當用α粒子轟擊金箔時，在不同位置進行觀測，如果觀測的時間相同，則下列說法正確的是（ ）A.在1處看到的閃光次數(shù)最多B.2處的閃光次數(shù)比4處多C.3和4處沒有閃光D.4處有閃光但次數(shù)極少
2、關(guān)于α粒子散射實驗的解釋有下列幾種說法，其中錯誤的是(　　)A．從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)，可以估計出原子核的大小B．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實，表明原子中有一個質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核存在C．統(tǒng)計散射到各個方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布情況D．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進，表明原子中正電荷是均勻分布的
3、美國物理學家密立根通過如圖所示的實驗裝置，最先測出了電子的電荷量，被稱為密立根油滴實驗.兩塊水平放置的金屬板A、B分別與電源的正、負極相連接，板間產(chǎn)生勻強電場，方向豎直向下，圖中油滴由于帶負電懸浮在兩板間保持靜止.(1)若要測出該油滴的電荷量，需要測出的物理量有________.A.油滴質(zhì)量m B.兩板間的電壓UC.兩板間的距離d D.兩板的長度L(2)用所選擇的物理量表示出該油滴的電荷量q＝________.(已知重力加速度為g)
板間電場為勻強電場，油滴處于靜止狀態(tài)，所以電場力與重力平衡。
所以需要測出的物理量有油滴質(zhì)量m，兩板間的電壓U，兩板間的距離d。

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