3-2 原子的結構
3.2.1 湯姆森的原子模型
英國物理學家湯姆森（J.J. Thomson）在陰極射線實驗中發現了電子，提出了葡萄乾布丁模型（又稱西瓜模型）。他認為原子是一個帶有正電的球體，負電的電子嵌在其中，就像布丁中的葡萄乾。
這個模型試圖解釋原子的電中性，以及電子的存在。
問題 1：
湯姆森的葡萄乾布丁模型是如何描述原子的結構的？
解題策略：
回憶葡萄乾布丁模型的比喻和湯姆森對原子的理解。
3.2.2 拉塞福的原子模型
紐西蘭科學家拉塞福（Ernest Rutherford）通過α粒子散射實驗，發現了原子核，提出了行星模型。
實驗中，拉塞福發現大部分α粒子穿過金箔，但少數被大角度偏轉，甚至反彈。他推論：
- 原子內有一個帶正電且質量集中的原子核。
- 電子在原子核周圍運行，類似於行星繞太陽運轉。
此外，拉塞福還通過撞擊氮核，發現了質子的存在。
然而，拉塞福的模型存在困難：
- 根據經典電磁理論，電子應該因加速運動而輻射能量，最終墜入原子核，無法解釋原子的穩定性。
- 無法解釋為何不同元素具有特定的光譜。
問題 2：
拉塞福的α粒子散射實驗中，什麼現象導致他提出原子核的概念？
解題策略：
回憶實驗觀察到的粒子偏轉情況，思考其對原子結構的啟示。
問題 3：
拉塞福行星模型的主要問題是什麼？
解題策略：
考慮經典物理對加速電子的預測，以及光譜現象。
3.2.3 中子與原子模型的修正
英國物理學家查兌克（James Chadwick）在α粒子撞擊鈹的實驗中，發現了中子。
德國物理學家海森堡（Werner Heisenberg）修正了拉塞福的行星模型，提出原子核由質子和中子組成，兩者統稱為核子。
核子的性質：
- 質子：帶正電，電量與電子相等但符號相反，質量約為電子的1836倍。
- 中子：不帶電，質量略大於質子。
問題 4：
中子的發現者是誰？中子的主要特性是什麼？
解題策略：
記住中子的發現者和其基本性質。
3.2.4 元素符號
元素通常用符號表示，並附上其原子序和質量數：
- 原子序（Z）：表示原子核內質子的數目，決定元素的化學性質。
- 質量數（A）：質子和中子的總數，即核子的數目。
元素符號的表示方式：
AZX，例如：614C 表示碳-14的原子序(質子數)Z=6，質量數A=14。
問題 5：
若某元素的元素符號為
92235U，則有多少個質子和中子。
解題策略：
使用元素符號表示法，查找原子序對應的元素符號，中子數為質量數A-原子序Z。
3.2.5 基本粒子
隨著科學的發展，人們發現質子和中子並非最基本的粒子，它們由更小的粒子組成：
夸克（Quark）
美國物理學家蓋爾曼（Murray Gell-Mann）提出夸克的概念，夸克被認為是不可再分割的基本粒子。
質子和中子的組成：
- 質子：由 2 個上夸克（u）和 1 個下夸克（d）組成。
- 中子：由 1 個上夸克（u）和 2 個下夸克（d）組成。
標準模型
在粒子物理的標準模型中，基本粒子包括：
- 夸克：組成強子（如質子、中子）。
- 輕子：包括電子、緲子、濤子和它們的中微子。
問題 6：
質子和中子分別由哪些夸克組成？
解題策略：
記住質子和中子的夸克組成，特別是上夸克和下夸克的數量。
問題 7：
標準模型中，基本粒子主要分為哪兩大類？
解題策略：
回憶標準模型中的基本粒子分類。