卢瑟福α粒子散射实验

卢瑟福α粒子散射实验现象及结论

第一， 绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进；

第二， 少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转；

第三， 极少数α粒子击中金箔后几乎沿原方向反回；

α粒子散射实验的结论是帮助科学家否定了长期以来的“枣糕状”原子模型；卢瑟福建立了原子的核式结构模型：

原子中心有个很小的核，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内，带负电的电子绕核做高速的圆周运动；

在α粒子的散射实验以后的继续研究中，物理科学家们还发现这两个结论：

第一，原子核又可分为质子和中子；（原子核的全部正电荷都集中在质子内）质子的质量约等于中子的质量；

第二，质子数等于原子的核电荷数（Z）；质子数加中子数等于质量数（A）； 注明，以上的两个结论，并不是α粒子的散射实验的分析结论。

α粒子散射实验与汤姆孙的枣糕模型

汤姆孙发现了电子，把物理学研究范畴引入了更为微观的原子领域，并提出了原子结构的枣糕模型，而这一模型被卢瑟福通过散射实验否定。

枣糕模型（又称梅子布丁模型、汤姆孙模型、葡萄干布丁模型），是物理学家汤姆孙（J.J.Thomson）在1898年提出的关于原子结构的一种假设模型。

汤姆孙枣糕模型是基于阴极射线的分析得到的，是发现电子之后，对原子结构探索的一种假设。

如上图所示，枣糕模型是早期科学家们在探索原子内部构造时，由汤姆生提出来的一种“原子结构”概念，其观点是：

王尚老师辅导书物理自诊断每道题都有视频讲解，哪道题不会扫题旁二维码即可看视频，学习更高效，考试分数更高，欢迎添加微信teacherws咨询。除电子外，原子的质量与正电荷如同糕点一样均匀排布，电子则如同枣一样随机嵌入在糕点之中。请同学们借助卢瑟福的轰击实验来分析，这一模型是否正确？

枣糕模型提出的逻辑

1，物理wuli.in学者们通过对阴极射线的研究，发现这一现象：原子能够激发出来一种“物质”。这种物质到底是一种微粒，还是一种电磁波，众说纷纭。

2，汤姆孙利用垂直电场，发现该物质偏转（即论证出该物质带电），且不同物质激发后的荷质比为固定值。这便彻底否定了赫兹等人的电磁波假说。

3，既然阴极能够激发出这种更小的粒子，说明阴极这种金属原子是可以分割的。这便原子在古希腊语中的含义就是，不可在分割的最小微粒。

4，原子可以分割，那么原子到底是有什么组成的呢？汤姆孙提出了前文所述的枣糕模型。同学们可以根据文章底部参考文献进一步深入理解该理论。

深入理解卢瑟福阿尔法粒子轰击实验要解决的几个问题

针对选修3-5课本中讲到卢瑟福α粒子散射实验，笔者提出几个疑问，请同学们思考：

（1）为什么轰击金元素？

（2）为什么是金箔而不是金属板？

（3）为什么选择阿尔法粒子？为什么不是氢核或其它？

（4）如何检测大量穿透金箔的粒子是阿尔法粒子而不是其它？

卢瑟福α粒子轰击实验过程简介

实验用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度比汤姆森模型所预言的大得多的偏转，大约有1/8000 的α粒子偏转角大于90°，甚至观察到偏转角等于150°的散射，称大角散射，更无法用汤姆森模型说明。

王尚老师辅导书物理自诊断每道题都有视频讲解，哪道题不会扫题旁二维码即可看视频，学习更高效，考试分数更高，欢迎添加微信teacherws咨询。1911年卢瑟福提出原子的有核模型(又称原子的核式结构模型），与正电荷联系的质量集中在中心形成原子核，电子绕着核在核外运动，由此导出α粒子散射公式，说明了α粒子的大角散射。卢瑟福的散射公式后来被盖革和马斯登改进了的实验系统地验证。

根据大角散射的数据可得出原子核的半径上限为10的-14次方米，此实验开创了原子结构研究的先河。

这个实验推翻了J.J.汤姆森在1903年提出的原子的葡萄干圆面包模型（也称枣糕模型），认为原子的正电荷和质量联系在一起均匀连续分布于原子范围，电子镶嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振动，为建立现代原子核理论打下了基础。

卢瑟福核式结构模型

卢瑟福通过对α粒子散射实验的结论分析，建立了原子核式结构模型。该模型认为：

原子中心有个很小的核，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内，带负电的电子绕核做高速的圆周运动；我们也称核式结构模型为行星模型或卫星模型。原子核的数量级为10¹⁵m.

卢瑟福轰击实验学习问题与王尚老师答疑

学生问题：卢瑟福轰击实验的现象有哪些？

卢瑟福轰击实验结果是：第一， 绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进；第二， 少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转；第三， 极少数α粒子击中金箔后几乎沿原方向反回；如果汤姆孙的枣糕模型是成立的，那么绝对不会发生偏转甚至是反弹。因为质量和电荷量不集中，被稀释了，就不可能有力作用在α粒子上。

参考文献

波尔能级模型 http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/480390.html

电子的发现过程 http://gaozhongwuli.com/top/481783.html

爱因斯坦光电效应 http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/437787.html

阿尔法散射实验结论 http://blog.teacherws.com/wen/13432.html

波长测量实验 http://gaozhongwuli.com/zongjie/x34/480385.html

原子物理学外传 http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/437801.html

原子物理学公式总结 http://gaozhongwuli.com/top/481779.html

作者：王尚，苏阳。校正：齐思源。版权归属高中物理网（gaozhongwuli.com），严禁转载。

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