1.This teaching material is suitable for students who study at high school in Taiwan …

1. Chapter 2物質的組成
2-2 原子與原子核的組成 1

2. 大綱 Outline
原子是否是最小的粒子？
原子內部粒子的發現順序？
目前最小的粒子？
基本粒子？

3. JJ湯木生：發現電子的科學家
1897年，湯木生使用不同氣體的放電
管(陰極射線管)及不同的金屬板，作出
許多實驗
發現電子，並獲得1906年諾貝爾物理
獎
3
J.J.湯木生
當時的實驗裝置，復刻版

4. 湯木生實驗的實驗原理
From 網路

5. JJ湯木生：發現電子的科學家
實驗的結果
放電管中分別填入不同稀薄
氣體，都會產生有相同的電
量與質量比（簡稱為荷質比）
的固定粒子
這個粒子帶負電
湯木生稱這種粒子，稱
為電子（electron）
早期原子模型
是半徑約10-10m的圓球
維持 電中性
5
11
1.76 10 C/kg
e
m
 
南一課本

6. 拉塞福-發現原子核的科學家
1910年，拉塞福利用α粒子
撞擊原子，以便瞭解原子內
部的情形。
利用鐳與釙元素衰變所射出
的α粒子。
α粒子帶有正電且質量為電
子的七千多倍，所以他以天
然放射的α粒子來撞擊原子，
以便瞭解原子內部的情形
6
Ernest Rutherford

7. 拉塞福散射實驗
用α粒子撞擊薄金箔，研究散射後α粒子的偏向
7
來自南一課本,實驗概念說明

8. 拉塞福散射實驗
若湯木生原子模型正確
α粒子質量比電子重
7300倍，速度至少
2107m/s
散射角應在1度以下。
湯木生的原子模型
台灣師大物理系網頁

9. 拉塞福散射實驗
α粒子質量比電子重
7300倍，速度至少
2107m/s
散射角應在1度以下。
但實際上
少數α粒子有10度以上的偏
向，甚至有180度的偏向

10. 拉塞福散射實驗
1911年，拉塞福推論
金原子內部存在一個核
心，稱為原子核
實驗數據推算出金原子
核的半徑應小於10 -14公
尺
10

11. 拉塞福散射實驗
11
http://m.teachastronomy.com/astropedia/article/The-Structure-of-the-Atom

12. 拉塞福提出了自己的原子模型的假設
原子類似太陽系，居中心者
稱為 原子核 ，電子繞核運
轉。
原子核：半徑約 10-14m~10-
15m ，帶正電且質量幾乎等
於原子質量。
質量極小的電子受靜電力吸
引作用繞核運轉。
1908年得諾貝爾化學獎
1920年提出中子(neutron)存
在的假設

13. 原子序的發現
英國人莫斯利（Henry
Gwyn Jeffreys Moseley）於
1913年作x射線研究時所發
現的。
實驗發現各元素的原子核所
帶的的正電量恰為基本電荷
的 Z 倍（＋Ze），且 Z 和
週期表上的元素位置有關
命名：Z 為原子序（atomic
number）
Henry G. J. Moseley

14. 同位素的發現
天然放射現象在19世紀
末期發現後，人們就發
現多數放射性元素具有
多數不同的質量數。
化學性質相同，但部分
物理性質不同。
湯木生在當時即已證明
非放射性元素-氖原子有
兩種同位素，分別質量
數為20及22，氯有兩種
同位素，質量數分別為
35及37。
14

15. 中子發現的歷史過程
1930年，德國人波特
Walther Bothe和貝克Herbert
Becker利用釙所放射的α粒
子撞擊鈹，產生一種穿透力
很強的中性射線，猜想可能
為γ射線。
1932年，居禮夫婦的女兒伊
琳與女婿朱里歐，將α粒子
撞擊鈹，產生的中性射線照
射石臘板，發現會放射出動
能高達 5.7MeV的質子，經
計算此中性射線能量需高達
52MeV。 15
Walther Bothe

16. 中子發現的歷史
英國人查兌克認為原子核所放出的射線不是γ
射線。
1932年，將α粒子撞擊鈹，產生的中性射線照
射氣體原子，測量氣體離子動能，求出中子的
質量約等於質子的質量。
1935年獲得諾貝爾物理學獎
16
來自南一版 高三課本
英國人查兌克

17. 海森堡原子核模型
1932年，海森堡提出原子核結構模型
可以解釋已知約有一百種原子的結構。
同年，因創立了量子力學，獲頒諾貝爾物理獎
17
A
Z X
質量數
原子序

18. 現在已知原子及原子核結構
18
A
Z X
質量數
原子序
粒子 符號 電量 靜止質量
核外 電子 e -1.6×10-19(C) 9.11×10-31(kg)
核內 質子 p 1.6×10-19(C) 1.673×10-27(kg)
中子 n 0 1.675×10-27(kg)
From Wiki,

19. 夸克是目前最小的粒子
美國物理學家蓋爾曼 (Gell-Mann) 提出夸克 (quark)
理論，認為質子和中子都是由更小、更基本的夸克
所組成。

20. 如何研究物質的組成？
設法將物質拆解開來，
看看裡頭到底有什麼東
西。
科學家採用非常直接的
方法-碰撞。
http://www.hep.lu.se/staff/eerola/LHCBeyond.htm

21. 如何研究物質的組成？
粒子加速器是利用「電壓差」來推動帶電粒子使之獲
得高能量(加速到接近光速)讓它與其他粒子發生碰撞
或固定目標，由此產生的能量釋放導致了創造新的粒
子。
LHC是在一個圓周為27公里的圓形隧道內，該隧道因當地地形的起伏而位於地下約50
至150公尺之間。

22. 基本粒子
1964年，莫瑞蓋爾曼
(Murray Gell-Mann)和喬
治茨威格(George Zweig)
二人同時各自提出夸克
理論
上 、 下 、和 奇 夸克(up,
down, and strange)
質子、中子….等強子是
由上(up)、下(down)和奇
(strange)夸克的不同組合
所形成。
質子與中子各是由三個夸克所組成的

23. 基本粒子
基本粒子可分成兩大類：夸克與輕子
夸克
Quarks
u
up
c
charm
t
top

photon
D
down
s
strange
b
bottom
g
gluon
輕子
Leptons
e
electron
neutrino

muon
neutrino

tau
neuturino
Z
Z boson
e
electron

muon

tau
W
W boson
第一世代 第二世代 第三世代

24. Thank for your attention
參考資料
1. 邱韻如,中子的發現～ 眾裡尋它千百度，多年苦覓終現身,科學月刊-
515期
2. 各出版社課本
3. http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=particleadventure/
frameless/rutherfords_analysis