原子和原子核
佚名
【电子】是一种最小的带电粒子。它也是最早被人们发现的基本粒子。带负电，电量为，1.602189×10-19库仑。是电量的最小单元。质量为9.10953×10-28克。常用符号e表示。电子在原子中，围绕于原子核外，其数目与核内的质子数相等，亦等于原子序数。导线中电流的产生即是电子流动的结果。一安培的电流相当于每秒通过6.24×1018个电子。利用电场和磁场，能按照人们的要求控制电子的运动（特别是在真空中），从而制造出各种电子仪器和元件，如各种电子管，电子显像管、
正电子的质量和电子相等，它的电量的数值和电子相等而符号相反，即带正电。一个电子和一个正电子相遇会发生湮没而转化为一对光子，即
一对正负电子，常称为正负电子对（电子偶）。能量超过1.02MeV（兆电子伏特）的光子穿过铅板时，会产生电子一正电子对，这个反应表示为
电子的运动质量m与静止质量m0的关系为
这里v是电子运动速度，c是光速，这就是相对论的公式。
【原子】组成单质和化合物分子的最小粒子。不同元素的原子具有不同的平均质量和原子结构。原子是由带正电的原子核和围绕核运动的、与核电荷核数相等的电子所组成。原子的质量几乎全部集中在原子核上。在物理化学反应中，原子核不发生变化。只有在核反应中原子核才发生变化。
【汤姆逊的原子核模型】汤姆逊的原子核模型是最早提出的原子核模型，他认为：构成原子的正电荷是均匀分布于球状原子内，原子大小乃是此正电荷球之大小，电子则埋藏于此正电荷中，当电子受到外界激励时，它即以平衡位置为中心作振动而发射光。当a粒子穿过此原子时，a粒子将受到散射，因电子质量很
小，这项散射之主要原因是正电荷之斥力作用。由电磁理论预示加速的带电物体如振动的电子等会发射电磁辐射，故根据汤姆生模型，便可了解受激原子会发射电磁辐射的性质。在实际计算其可能发射的辐射能谱，即发现此模型所导致的结果，与实验观察到的能谱在数值上并不相符。1911年卢瑟福对原子核散射a粒子的实验加以分析之后，便得出汤姆生模型不正确的结论。卢瑟福分析的结果表明，正电荷并非布满在整个原子内，而是集中在原子中心的极小区域，或原子核内，就此，汤姆生的原子模型便被废弃了。
【a粒子的散射】 1911年卢瑟福等人用a粒子（He的原子核）射击重的金属箔，结果大部分a粒子穿过了金属箔而很少改变其运动方向，一少部分a粒子被分别散射到不同的方向上。他们测定了不同散射角中a粒子的数目，加以分析后，得出如下结论：原子是由一个很小的核心（原子核）和围绕着它运动的电子构成（原子行星模型），原子核所带电荷量为Ze（Z为该金属的原子序数，e为电子的电荷），其线度约为原子的十万分之一，一般为10-13～10-12厘米，a粒子散射，又称为卢瑟福散射，它是原子物理发展中最早期的重要实验之一。图5-1所示描述了a粒子通过重金属箔的散射情况。假设距原子核很远的地方，a粒子沿直线ab以速度V运动，以P表示直线ab与原子中心O（即原子的正电荷E所在的地方）的最短距离。P被称为“瞄准”距离，可由理论力学应用电学知识计算证明，在a粒子与电荷E之间存在着库仑相互作用力的情况下，a粒子沿双曲线运动。而a粒子轨道的偏转角θ（双曲线的渐近线之间的角）为下式决定：
式中M是a粒子的质量，重金属原子核的质量和a粒子的质量相比较，可以看作是无穷大。由上式可知，“瞄准”距离P愈小，偏转角θ愈大。对于不同的“瞄准”距离，a粒子的轨道形状可有如图5-2所示
能被弹回。这种情况往往称为a粒子背向散射。假定一束平行的a粒子穿过金属箔，并设单位时间内通过单位横截面的粒子数为n0。我们可以计算单位时间内有多少个粒子的偏转角是在给定的θ与θ+dθ之间。设偏转角θ与“瞄准”距离P对应，而偏转角θ+dθ与“瞄准”距离P—dP对应。在此情况下，偏转角在0～θ+dθ之间的粒子，是那些穿过以A为中心，以P为半径所作的宽为dP的环的面积中的粒子如图5-3所示。这样的粒子数目等于n。dS，式中dS为环的面积。如果金属箔每单位面积有N个原子，则单位时间内其偏转角在θ与θ+dθ之间的a粒子的总数为
dn=n0NdS
此关系式是在每一个a粒子只偏转一次的条件下才正确，而这个条件在金属箔足够薄时是能够实现的。环的面积dS近似地等于2πPdP。所以有
dn=2πn0NPdP
式中Z是原子核的电荷数（原子序数）。dn表示单位时间内散射角在已知值θ与θ+dθ之间的粒子数目。换句话说dn是单位时间内在开放角为2θ和2（θ+dθ）的二锥体之间的空间内飞行的a粒子数目。如果我们以这两个锥体的顶点c为球心，作一半径为r的球，则这两个锥体在球面上截出的面积为2πrsinθ·rdθ=2πr2sinθ· dθ的区域，如图 5-4所示的阴影部分。所有dn个粒子都射在这区域的面积上。因而落在单位面积上的粒子数目
实验的结果完全证实了理论的这一结论。
式中的θ，V，n0，N和测出的dn′诸值）。可以计算出各种元素原子核的电荷Q=Ze。其中Z是某种元素的原子序数。
【原子核的大小】根据卢瑟夫的核式结构模型，可以估计出原子核的线度不超过10-13〔厘米〕，它的这一线度也是由散射实验确定的。
粒子的散射）求出与不同偏转角θ对应的“瞄准”距离P。我们发现，对于重的元素，θ的值达到150°，P的数量级为10-13〔厘米〕。这表示，当a粒子中心与原子中心距离的数量级为10-13〔厘米〕的时候，相互作用力仍遵守库仑定律，由此可得出结论：原子核的线度不超过10-13〔厘米〕。因为整个原子的线度是一数量级为10-8〔厘米〕的量，这很显然说明了原子核在较原子小得多的体积内。原子核虽小但集中了原子的几乎全部质量，因此原子核的密度非常之大，如果在一立方厘米的体积中全部充满原子核，则它的质量约为一千万吨。 【卢瑟福】 Rutherford， Ernest（1871～1937年）物理学家。生于新西兰，长期在英国工作。在原子结构和放射性研究方面做出了重要的贡献。1899年发现放射性辐射中的两种成分，并由他命名为α射线和β射线，接着又发现新的放射性元素“钍”。1902年与英国化学家素第一起提出原子自然蜕变理论。1911年根据α粒子的散射实验（卢瑟福实验）最先发现原子核的存在，并提出了关于原子结构的行星模型。1919年用α粒子轰击氮原子而获得氧的同位素，第一次实现了元素的人工嬗变。
【玻尔】Bohr， Niels Henrik David（1885～1962年）丹麦物理学家。他在普朗克量子假说和卢瑟福原子行星模型的基础上，于1913年提出了氢原子结构和氢光谱的初步理论。后来，又提出了“对应原理”。这些工作，对量子论和量子力学的建立起了重要作用。此外，玻尔在原子核反应理论和解释重核裂变现