a粒子散射實驗

1、a粒子散射實驗粒子散射實驗揭示原子有核模型的實驗。為E.盧瑟福等人所做，又稱盧瑟福a粒子散射實驗。J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子揭示了原子具有內(nèi)部結構后，1903年提出原子的葡萄干圓面包模型，認為原子的正電荷和質(zhì)量聯(lián)系在一起均勻連續(xù)分布于原子范圍，電子鑲嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振動。1909年盧瑟福的助手H.蓋革和E.馬斯登在盧瑟福建議下做了a粒子散射實驗，用準直的a射線轟擊厚度為微米的金箔，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的a粒子都照直穿過薄金箔，偏轉(zhuǎn)很

2、小，但有少數(shù)a粒子發(fā)生角度比湯姆孫模型所預言的大得多的偏轉(zhuǎn)，大約有1／8000的a粒子偏轉(zhuǎn)角大于90，甚至觀察到偏轉(zhuǎn)角等于150的散射，稱大角散射，更無法用湯姆孫模型說明。1911年盧瑟福提出原子的有核模型，與正電荷聯(lián)系的質(zhì)量集中在中心形成原子核，電子繞著核在核外運動，由此導出a粒子散射公式，說明了a粒子的大角散射。盧瑟福的散射公式后來被蓋革和馬斯登改進了的實驗系統(tǒng)地驗證。根據(jù)大角散射的數(shù)據(jù)可得出原子核的半徑上限為1014米。此實驗開創(chuàng)

3、了原子結構研究的先河。原子結構模型的演變原子結構模型是科學家根據(jù)自己的認識，對原子結構的形象描摹。一種模型代表了人類對原子結構認識的一個階段。人類認識原子的歷史是漫長的，也是無止境的。下面介紹的幾種原子結構模型簡明形象地表示出了人類對原子結構認識逐步深化的演變過程。道爾頓原子模型（1803年）：原子是組成物質(zhì)的基本的粒子，它們是堅實的、不可再分的實心球。湯姆生原子模型（1904年）：原子是一個平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，

4、中和了正電荷，從而形成了中性原子。盧瑟福原子模型（1911年）：在原子的中心有一個帶正電荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣。玻爾原子模型（1913年）：電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速的圓周運動。電子云模型（1927年——1935年）：現(xiàn)代物質(zhì)結構學說?，F(xiàn)在，科學家已能利用電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡拍攝表示原子圖像的照片。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，人類對原子的認識過程

5、還會不斷深化。從英國化學家和物理學家道爾頓（J.JohnDalton，1766～1844）（右圖）創(chuàng)立原子學說以后，很長時間內(nèi)人們都認為原子就像一個小得不能再小的玻璃實心球，里面再也沒有什么花樣了。從1869年德國科學家希托夫發(fā)現(xiàn)陰極射線以后，克魯克斯、赫茲、勒納、湯姆遜等一大批人科學家研究了陰極射線，歷時二十余年。最終，湯姆遜（JosephJohnThomson）發(fā)現(xiàn)了電子的存在(請瀏覽科技園地“神秘的綠色熒光”)。通常情況下，原子是

6、不帶電的，既然從原子中能跑出比它質(zhì)量小1700倍的帶負電電子來，這說明原子內(nèi)部還有結構，也說明原湯姆遜提出的這個模型，電子分布在球體中很有點像葡萄干點綴在一塊蛋糕里，很多人把湯姆遜的原子模型稱為“葡萄干蛋糕模型”。它不僅能解釋原子為什么是電中性的，電子在原子里是怎樣分布的，而且還能解釋陰極射線現(xiàn)象和金屬在紫外線的照射下能發(fā)出電子的現(xiàn)象。而且根據(jù)這個模型還能估算出原子的大小約108厘米，這是件了不起的事情，正由于湯姆遜模型能解釋當時很多的

7、實驗事實，所以很容易被許多物理學家所接受。土星模型日本物理學家長岡半太郎(NagaokaHantaro，18651950)1903年12月5日在東京數(shù)學物理學會上口頭發(fā)表，并于1904年分別在日、英、德的雜志上刊登了《說明線狀和帶狀光譜及放射性現(xiàn)象的原子內(nèi)的電子運動》的論文。他批評了湯姆生的模型，認為正負電不能相互滲透，提出一種他稱之為“土星模型”的結構——即圍繞帶正電的核心有電子環(huán)轉(zhuǎn)動的原子模型。一個大質(zhì)量的帶正電的球，外圍有一圈等間

8、隔分布著的電子以同樣的角速度做圓周運動。電子的徑向振動發(fā)射線光譜，垂直于環(huán)面的振動則發(fā)射帶光譜，環(huán)上的電子飛出是β射線，中心球的正電粒子飛出是α射線。這個土星式模型對他后來建立原子有核模型很有影響。1905年他從α粒子的電荷質(zhì)量比值的測量等實驗結果分析，α粒子就是氦離子。1908年，瑞士科學家里茲（Leeds）提出磁原子模型。他們的模型在一定程度上都能解釋當時的一些實驗事實，但不能解釋以后出現(xiàn)的很多新的實驗結果，所以都沒有得到進一步的發(fā)

9、展。數(shù)年后，湯姆遜的“葡萄干蛋糕模型”被自己的學生盧瑟福推翻了。太陽系模型——有核原子模型英國物理學家歐內(nèi)斯特盧瑟福（ErnestRutherfd，1871～1937）1895年來到英國卡文迪許實驗室，跟隨湯姆遜學習，成為湯姆遜第一位來自海外的研究生。盧瑟福好學勤奮，在湯姆遜的指導下，盧瑟福在做他的第一個實驗——放射性吸收實驗時發(fā)現(xiàn)了α射線。盧瑟福設計的巧妙的實驗，他把鈾、鐳等放射性元素放在一個鉛制的容器里，在鉛容器上只留一個小孔。由于

10、鉛能擋住放射線，所以只有一小部分射線從小孔中射出來，成一束很窄的放射線。盧瑟福在放射線束附近放了一塊很強的磁鐵，結果發(fā)現(xiàn)有一種射線不受磁鐵的影響，保持直線行進。第二種射線受磁鐵的影響，偏向一邊，但偏轉(zhuǎn)得不厲害。第三種射線偏轉(zhuǎn)得很厲害。盧瑟福在放射線的前進方向放不同厚度的材料，觀察射線被吸收的情況。第一種射線不受磁場的影響，說明它是不帶電的，而且有很強的穿透力，一般的材料如紙、木片之類的東西都擋不住射線的前進，只有比較厚的鉛板才可以把它完