葡萄干蛋糕
汤姆生提出的原子结构模型
“葡萄干蛋糕”又称“枣糕模型”,也称“葡萄干面包”,是科学家汤姆生提出的原子结构模型。此模型曾在一段时间内受到学界广泛的认可,并能对原子的电中性的,电子在原子里的分布问题等给出合理的解释,在对原子结构的科学研究过程中,有着重要的推动和促进作用。本词条对该模型理论进行了解释,并对此模型理论的发展及推翻进行了详细记载。
模型简介
“葡萄干蛋糕”(Plum 布丁 Model)指的是一种模型,又可翻译为“枣糕模型”又叫“西瓜模型”,又叫“汤姆生模型”。
1903年物理学家约瑟夫·汤姆逊(J.J. Thomson,1856-1940)提出了一个原子结构模型,人们把它叫做"葡萄干蛋糕"模型。
汤姆生模型认为,正电荷均匀分布在整个原子球体中(球直径的数量级是10的-10次方米),带负电的电子散布在原子中,这些电子分布在对称的位置上。当这些电子静止在平衡位置上时,电子就会振动而使原子发光。
历史上,在一段时间内汤姆生的原子模型曾得到广泛的承认,后来被欧内斯特·卢瑟福的有核模型所取代。
原子模型
汤姆生在卡文迪许实验室发现了电子之后,并没有丝毫的满足。一个更重要的问题在他的脑海里盘旋:既然阴极原子会放出大量的电子,那么,这些电子在物质的原子结构中一定扮演了一个很重要的角色。这种想法在当时可算得上是一种创见,因为按照传统的观点,原子是一个坚硬的实心小球,它里面未必会有什么新鲜玩艺儿。
1904年,约瑟夫·汤姆逊根据自己的实验结果,又借鉴了别的科学家的研究成果,给原子王国描绘了这样一幅图象:原子是一个小小的球体,原子里面充满了均匀分布的带正电的流体。球内还有若干个电子,它们都在这种正电荷液体中,就象许多软木塞浸在一盆水里一样,这些电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上,并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射,原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。由于电子所带负电荷的总和与电液体所带正电荷总和相等,但符号相反,所以原子从外面看上去是中性的。在约瑟夫·汤姆逊提出的这种原子模型中,电子镶嵌在正电荷液体中,就象葡萄干点缀在一块方形蛋糕里一样,所以又被人们称为“葡萄干蛋糕模型”。
从经典物理学的角度看,汤姆生的模型是很成功的。它不仅能解释原子为什么是电中性的,电子在原子里是怎样分布的,而且还能解释原子为什么会发光。此外,从汤姆生模型出发,还能估计出原子的大小约为一亿分之一(10-8)厘米,这也是一项惊人的成就。并且,汤姆生还得出一个结论:原子中电子的数目等于德米特里·门捷列夫元素周期表中的原子序数,这个结论是正确的。因此,在一段时间里,约瑟夫·汤姆逊的原子模型得到了广泛的承认。展现在人们面前的原子既不是一个虚无缥缈的世界,也不是一个简简单单的实心小球。原子是有质量(尽管很轻)、有大小 (尽管很小)、有内部结构的东西了。
原子模型推翻
以汤姆生为首的英国剑桥学派,在原子物理学上所取得的这些惊人成就,使欧洲大陆上的物理学家都拜倒在他们的脚下。但谁也不曾想到,如此完美的原子模型在十多年后竟被汤姆生的一位学生推翻了,这位“叛逆者”来自距离英国万里之外的新西兰
如下:该模型中,正电荷均匀分布的原子(球体),根据高斯定理可求出电场分布
当时,;当时,.
其中Z为原子序数,e为基元电荷,R为原子半径,r为距球心距离。
可知电场力最大发生于掠射,即时,
其中α粒子带电为真空介电常量。
估计α粒子由散射引起的动量的变化
而α粒子在原子附近度过的时间约为
故 (m为α粒子质量)
为α粒子动能,代入数值,得
θ=3*10^-5*Z/Eα
再考虑电子对α粒子偏转的影响。
因为电子质量为α粒子的,电子的作用几乎完全可以忽略,即使是对头撞
综合而言,可以很保守的估计
对于的α粒子对金原子()的散射,每次碰撞的偏转角将小于
要引起90度的偏转,可以估计概率约为,但是盖革-马斯顿实验测得却是。
由此可见约瑟夫·汤姆逊模型被推翻了,它无法解释α粒子散射实验中出现的如此大概率的大角度偏转。
参考资料

Warning: Invalid argument supplied for foreach() in /www/wwwroot/newbaike1.com/id.php on line 362
目录
概述
模型简介
原子模型
原子模型推翻
参考资料