二、原子与原子核的结构教学建议通过图片展示 α 粒子散射的实验现象,引导学生猜测原子的结构,继而学习卢瑟福的原子的核式结构,通过展示中子、质子发现的图片,说明原子核的组成,并知道核反应过程中伴随着核能的变化。本节重点为原子核的组成。资源参考卢瑟福与核式结构1907~1908 年间,在卢瑟福指导下,盖革进行了 α 粒子散射实验研究,发现 α 粒子射入金属箔时散射角与材料的厚度和原子量有关;又发现大多数 α 粒子散射角度很小,但有少数α 粒子偏角很大。卢瑟福敏锐地认识到精确地观察大角度 α 粒子散射对于了解原子内部的电场和结构非常重要。1909 年卢瑟福谈到大角度散射时说:“原子处于一个强电场中的结论是不可避免的,否则 α 粒子通过像一个分子直径这样小的距离而改变方向是不可能的。”此后一两年内,卢瑟福以他敏锐的直觉和深邃的洞察力,紧紧抓住这个容易被人们忽略的反常现象,从原子内存在强电场的观点,探索 α 粒子大角度散射的原因,从而发现了原子的有核结构。1910 年 12 月,卢瑟福对大角度散射过程的受力关系进行计算,得出一个新的原子结构设想。他认为 α 粒子是在同作为靶的金属箔的原子一次碰撞中改变其方向的,因此原子中有一个体积很小、质量很大的带正电荷的原子核,它对带正电荷的 α 粒子的很强的排斥力使粒子发生大角度偏转;原子核的体积很小,其直径约为原子直径的万分之一至十万分之一,核外有很大的空间,带负电的、质量比核轻得多的电子在这个空间里绕核运动。卢瑟福的原子有核模型被盖革和马斯顿 1912 年所做的实验证实。1919 年用质谱仪测定各种元素的同位素进一步证实了卢瑟福的原子模型。但是,卢瑟福原子模型由于同经典电磁理论存在着尖锐矛盾而遇到困难,所以发表后没有很快引起国内外的重视。1913 年玻尔把量子论用于原子,与卢瑟福有核原子模型结合起来,使它发展成为卢瑟福—玻尔原子模型,迅速受到各国科学界的高度重视,大大提高了卢瑟福和玻尔的声誉。原子有核结构的发现意味着原子物理学和核物理学的出现,也是现代结构化学即将诞生的前奏。
