α粒子散射實(shí)驗（證實(shí)湯姆生模型正確性的實(shí)驗）
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α粒子散射實(shí)驗
證實(shí)湯姆生模型正確性的實(shí)驗
基本信息
| 中文名 | α粒子散射實(shí)驗 |
| 外文名 | Geiger–Marsden experiment(s) 又稱(chēng)Rutherford gold foil experiment |
| 別名 | 金箔實(shí)驗 |
| 類(lèi)型 | 物理實(shí)驗 |
| 實(shí)驗目的 | 證實(shí)湯姆生原子模型的正確性 |
| 時(shí)間 | 1909年 |
收起
發(fā)展歷史
實(shí)驗用準直的α射線(xiàn)轟擊厚度為微米的金箔，發(fā)現絕大多數的α粒子都照直穿過(guò)薄金箔，偏轉很小，但有少數α粒子發(fā)生角度比湯姆生模型所預言的大得多的偏轉，大約有
的α粒子偏轉角大于
，甚至觀(guān)察到偏轉角等于
的散射，稱(chēng)大角散射，更無(wú)法用湯姆森模型說(shuō)明。1911年盧瑟福提出原子的有核模型(又稱(chēng)原子的核式結構模型），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(zhù)核在核外運動(dòng)，由此導出α粒子散射公式，說(shuō)明了α粒子的大角散射。盧瑟福的散射公式后來(lái)被蓋革和馬斯登改進(jìn)了的實(shí)驗系統地驗證。根據大角散射的數據可得出原子核的半徑上限為
米，此實(shí)驗開(kāi)創(chuàng )了原子結構研究的先河。這個(gè)實(shí)驗推翻了J.J.湯姆森在1903年提出的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(dòng)，為建立現代原子核理論打下了基礎。
實(shí)驗內容
實(shí)驗理論
釙元素散射實(shí)驗
約瑟夫約翰湯姆森
J. J. Thomson（湯姆森）理論是基于“單次原子碰撞產(chǎn)生的散射是很小的”這個(gè)假設。而且對原子特殊結構的假設也不允許α 粒子在穿過(guò)單個(gè)原子時(shí)有很大的偏轉，除非假設正電荷球的直徑與原子球的直徑相比是極小的。
實(shí)驗目的
盧瑟福從1909年起做了著(zhù)名的α粒子散射實(shí)驗，實(shí)驗的目的是想證實(shí)湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗結果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據。在此基礎上，盧瑟福提出了原子核式結構模型。
α粒子散射實(shí)驗示意圖
在一個(gè)鉛盒里放有少量的放射性元素釙(Po)，它發(fā)出的α射線(xiàn)從鉛盒的小孔射出，形成一束很細的射線(xiàn)射到金箔上。當α粒子穿過(guò)金箔后，射到熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的閃光點(diǎn)，這些閃光點(diǎn)可用顯微鏡來(lái)觀(guān)察。為了避免α粒子和空氣中的原子碰撞而影響實(shí)驗結果，整個(gè)裝置放在一個(gè)抽成真空的容器內，帶有熒光屏的顯微鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上移動(dòng)。
實(shí)驗結果
實(shí)驗結果表明，絕大多數α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數α粒子發(fā)生了較大的偏轉，并有極少數α粒子的偏轉超過(guò)，有的甚至幾乎達到
而被反彈回來(lái)，這就是α粒子的散射現象。
銅原子結構
按照這一模型，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，電子對α粒子運動(dòng)的影響很小，影響α粒子運動(dòng)的主要是帶正電的原子核。而絕大多數的α粒子穿過(guò)原子時(shí)離核較遠，受到的庫侖斥力很小，運動(dòng)方向幾乎沒(méi)有改變，如圖14-2(b)中的1、3、4、6、7、9，只有極少數α粒子可能與核十分接近，受到較大的庫侖斥力，才會(huì )發(fā)生大角度的偏轉，如圖14-2(b)中的2，5，8。
根據α粒子散射實(shí)驗，可以估算出原子核的直徑約為
米～米，原子直徑大約是
，所以原子核的直徑大約是原子直徑的萬(wàn)分之一，原子核的體積只相當于原子體積的萬(wàn)億分之一。
最終結論
結果：大多數散射角很小，約散射大于；極個(gè)別的散射角等于。
結論：正電荷集中在原子中心。
大多數α粒子穿透金箔：原子內有較大空間，而且電子質(zhì)量很小。
極少數的α粒子反彈：原子中的微粒體積較小，但質(zhì)量相對較大。
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