原子组成的实验基础

《原子组成的实验基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1-2原子组成的实验基础十九世纪后期的一些科学实验，发现原子是复杂的，原子内还有基本粒子。因而道尔顿以后的原子概念都是探讨原子内的基木粒子是如何构成原子的？也即是原子组成问题。下面就通过一些科学实验来介绍人们对原子内-•些主要基本粒了的发现和认识。*一、阴极射线与电子的发现早在1879年英国的克鲁克斯(Crookes,W.)发现，降低气体的压力可以改变气体的导屯能力。他设计了一种装置，这是装有两片称为屯极的金属片的玻璃管，类似的装置如图2-2所示。两个电极连接着高压宜流电，阳极是由处于水平位置或垂直位置能移动的金属十字架构成。管内气体大部分被除去(气压降为0.1〜

2、O.OlPa)o当电流通过，而阳极处于水平位置［图2-2,(1)］时，阴极对面的玻璃壁上会出现绿色的光*。这种现象称为荧光现象。当金属十字架处于垂直位置［图2-2,(2)］吋，阴极对面的玻璃壁上显现岀十字架的阴影。分析实验现象，他认为这是通电后阴极产生一种射线的结果。与阳极十字架处于水平时,阴极产生的射线直线行进都打到对面的玻璃壁上，所以产生一片荧光，而当阳极十字架处于垂直时，阴极产生的射线在行进途中一部分被阳*阴极射线不仅打到玻璃上产生荧光，也可使ZnS、CdS-类物质产生荧光。因此常用涂冇这类物质的荧光屏來显示射线的存在。极遮挡，从而在对面玻璃壁上留下十字架形

3、的阴影。这个实验表明，來门阴极的射线是直线行进的，不能穿透金屈薄片，这种射线被称为阴极射线。①1881年英国的汤姆逊在剑桥大学的卡文迪许实验室在克鲁克斯实验基础上又做了大量实验，发现阴极射线可推动小车轮子转动［图2-3,(1)］；在外加磁场［图2-3,(2)］或电场［图2-3,(3)］下阴极射线的直线行进可发生如图屮所示的偏移。分析实验现象，他明确指出阴极射线是动能极大的带负电荷的粒子流。②并且在1897年汤姆逊应用一已知强度的电场使阴极射线的光束偏移，随后他改用与电场相垂直的磁场直到阴极射线束回到原来未偏移的位置（图2-4）。应用他的实验数据测出粒子流的速度在1

4、5000〜150000km/s之间（随电压大小而不同）；粒子的质荷比（me/e）为5.69X10-9g/co因而证明阴极射线是由阴极和管内气态原子解离产生的微粒所组成。通过应用不同的电压，不同的金属电极,管内充以不同的气体所作的实验，汤姆逊得以证明，阴极射线始终具有相同的性质。他得出结论说：所有物质的原子都含冇相同种类的负电荷微粒，他把这种微粒命名为电子。1906年他因此项发现被授予诺贝尔奖金。［思考题］阴极射线的实验如何确证了电子是组成原子的基本粒子?1909年，美国的密立根(Millikan,R.A)用他的著名的“油滴”实验精确地测定了电子的电荷。他测定了当带

5、电油滴下落某一指定距离所需的时间。他用带有不同数量电荷的油滴反复进行这些测量。对这些油滴的电荷量的计算表明,它们总是同一数值(1.60X10-19C)的倍数。他所使用的装置示意图如图2-5。鉴于在这些油滴与不同的电荷数值都是一个基本电荷的倍数，密立根指出,基木电荷就是单个电子的绝对电荷。①密立根测定的电荷和汤姆逊测得的质荷比m/e—联立，就口J算出一个屯子的质量，屯子质量的近似值是9.11X10-3lkg或5.5X10-4amUo②此值约为所有原了中最轻的氢原了质量的1/1836。在实际应用上，一个电子的质量比起一个原子的总质量是可忽略不计的。由于这项工作,密立根

6、在1932年获得了诺贝尔奖金。*二、a粒子散射实验与原子核既然屯子被证明是原子的一个组成部分，电子是带负电荷的微粒，而整个原了是电中性的，这说明在原了中还存在着某种带止电荷的组成部分，而且这种组分所带正电荷的电量必定跟原子中所含电子的负电总量相等。二十世纪初，a粒子散射实验证实了这种想法是正确的。在1911年前后，卢瑟福利用从一种放射性物质试样屮发射出来的a粒子作为小于原子的“子弹”去探测原子的内部。他所用的靶子是一•片极薄的金箔中的原了，他的检测器是荧光屏，装置的示意图如下：实验结果使他异常惊奇的是，绝大多数a粒了通过金箔时并没有偏转，这就有力地否定了道尔顿的原

7、子是实心球的观念。他还发现个别闪光（约万分之一）偶尔出现在较远的边沿。最使他惊奇的是，偶尔有更极少的闪光几乎出现在放射源后面的荧光屏上。这种实验现象叫做a粒子的散射现象，这个实验就叫做a粒子散射实验。所以能发生散射现象，是当a粒子穿过金箔时，必然会遇到许多金原子，其屮大多数a粒子能直线穿过，表示它们穿过了原子木身，未受到任何阻碍。极少数a粒子发生激烈偏转，必定是由于a粒子与金原子中某些带电部分相互作用所引起的。但是这种部分未必是电了，因为电了的质量很小，只是a粒了的1/7400,它与a粒子相撞时，不可能使a粒子运动方向发生激烈偏移。因而，只能认为a粒子在行进中遇到

8、了原子中体