a粒子散射實(shí)驗

1、a粒子散射實(shí)驗粒子散射實(shí)驗揭示原子有核模型的實(shí)驗。為E.盧瑟福等人所做，又稱盧瑟福a粒子散射實(shí)驗。J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子揭示了原子具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，1903年提出原子的葡萄干圓面包模型，認(rèn)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(shí)驗，用準(zhǔn)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(yù)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(yùn)動，由此導(dǎo)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(jìn)了的實(shí)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(shí)驗開創(chuàng)

3、了原子結(jié)構(gòu)研究的先河。原子結(jié)構(gòu)模型的演變原子結(jié)構(gòu)模型是科學(xué)家根據(jù)自己的認(rèn)識，對原子結(jié)構(gòu)的形象描摹。一種模型代表了人類對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識的一個階段。人類認(rèn)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(jié)構(gòu)模型簡明形象地表示出了人類對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)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(shí)的、不可再分的實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)，就像行星環(huán)繞太陽運(yùn)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(yùn)動。電子云模型（1927年——1935年）：現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說。現(xiàn)在，科學(xué)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對原子的認(rèn)識過程

5、還會不斷深化。從英國化學(xué)家和物理學(xué)家道爾頓（J.JohnDalton，1766～1844）（右圖）創(chuàng)立原子學(xué)說以后，很長時間內(nèi)人們都認(rèn)為原子就像一個小得不能再小的玻璃實(shí)心球，里面再也沒有什么花樣了。從1869年德國科學(xué)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(xué)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(fù)電電子來，這說明原子內(nèi)部還有結(jié)構(gòu)，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(diǎn)像葡萄干點(diǎn)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(dāng)時很多的

7、實(shí)驗事實(shí)，所以很容易被許多物理學(xué)家所接受。土星模型日本物理學(xué)家長岡半太郎(NagaokaHantaro，18651950)1903年12月5日在東京數(shù)學(xué)物理學(xué)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(yùn)動》的論文。他批評了湯姆生的模型，認(rèn)為正負(fù)電不能相互滲透，提出一種他稱之為“土星模型”的結(jié)構(gòu)——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(yùn)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(shí)驗結(jié)果分析，α粒子就是氦離子。1908年，瑞士科學(xué)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(dāng)時的一些實(shí)驗事實(shí)，但不能解釋以后出現(xiàn)的很多新的實(shí)驗結(jié)果，所以都沒有得到進(jìn)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(xué)生盧瑟福推翻了。太陽系模型——有核原子模型英國物理學(xué)家歐內(nèi)斯特盧瑟福（ErnestRutherfd，1871～1937）1895年來到英國卡文迪許實(shí)驗室，跟隨湯姆遜學(xué)習(xí)，成為湯姆遜第一位來自海外的研究生。盧瑟福好學(xué)勤奮，在湯姆遜的指導(dǎo)下，盧瑟福在做他的第一個實(shí)驗——放射性吸收實(shí)驗時發(fā)現(xiàn)了α射線。盧瑟福設(shè)計的巧妙的實(shí)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(qiáng)的磁鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一種射線不受磁鐵的影響，保持直線行進(jìn)。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(jìn)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(qiáng)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(jìn)，只有比較厚的鉛板才可以把它完