α 粒子散射实验
 


H.Geiger

        1909年,卢瑟福(E. Rutherford)的学生盖革(Hans Geiger)和马斯顿(E. Marsden)用粒子轰击原子时发现,有八千分之一的粒子被完全反射回来,产生所谓的“大角散射”。


实验原理
 

        以  α  粒子轰击金箔,在原子中带电物质的电场力作用下,使它偏离原来的入射方向,从而发生散射现象。


实验装置
 

    在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的 α 粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线射到金箔上,α  粒子穿过金箔后,打到荧光屏上产生一个个的闪光,这些闪光可以用显微镜观察到整个装置放在一个抽成真空的容器里荧光屏和显微镜能够围绕金箔在一个圆周上转动,从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的 α 粒子


模拟演示


实验过程与现象
 

    绝大多数 α 粒子穿过金箔后与原来运动方向偏离不多,散射角较小(3 °, 但是有少数 α 粒子却发生了较大的偏转,并且有极少数1/8000 α 粒子的偏转超过90° ,有的甚至几乎达到180°, 像是被金箔弹了回来 


理论解释
   

    根据汤姆逊的枣糕模型计算,α 粒子穿过金箔后的偏转最大不超过零点几度,因为电子质量很小,比 α 粒子的质量小得多α 粒子质量是电子质量的7500倍),α 粒子碰到电子,就如子弹碰到尘埃(因此,α  粒子运动不会受电子影响,前进方向不会发生明显改变

    卢瑟福对这些结果分析后得提出他的原子核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转

    根据核式结构学说可以解释 α 粒子的散射:当 α 粒子穿过原子时,电子对 α 粒子影响很小,影响 α 粒子运动的主要是原子核离核远则 α 粒子受到 原子核的库仑斥力很小,运动方向改变小只有当 α 粒子与核十分接近时,才会受到很大库仑斥力,而原子核很小,所以 α 粒子接近它的机会就很少,所以只有极少数大角度的偏转,而绝大多数α 粒子基本按直线方向前进

                                                                                    理论推导   》》》