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α粒子散射實驗
證實湯姆生模型正確性的實驗
α粒子散射實驗（Geiger–Marsden experiment(s)）又稱金箔實驗、Geiger-Marsden實驗或盧瑟福α粒子散射實驗。是1909年 漢斯·蓋革和恩斯特·馬斯登(Jishi.Y)在歐內(nèi)斯特·盧瑟福指導(dǎo)下于英國曼徹斯特大學(xué)做的一個著名物理實驗。
基本信息
| 中文名 | α粒子散射實驗 |
| 外文名 | Geiger–Marsden experiment(s) 又稱Rutherford gold foil experiment |
| 別名 | 金箔實驗 |
| 類型 | 物理實驗 |
| 實驗?zāi)康?/td> | 證實湯姆生原子模型的正確性 |
| 時間 | 1909年 |
收起
發(fā)展歷史
實驗用準(zhǔn)直的α射線轟擊厚度為微米的金箔，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子都照直穿過薄金箔，偏轉(zhuǎn)很小，但有少數(shù)α粒子發(fā)生角度比湯姆生模型所預(yù)言的大得多的偏轉(zhuǎn)，大約有
的α粒子偏轉(zhuǎn)角大于
，甚至觀察到偏轉(zhuǎn)角等于
的散射，稱大角散射，更無法用湯姆森模型說明。1911年盧瑟福提出原子的有核模型(又稱原子的核式結(jié)構(gòu)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(dǎo)出α粒子散射公式，說明了α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
米，此實驗開創(chuàng)了原子結(jié)構(gòu)研究的先河。這個實驗推翻了J.J.湯姆森在1903年提出的原子的葡萄干圓面包模型，認(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，為建立現(xiàn)代原子核理論打下了基礎(chǔ)。
實驗內(nèi)容
實驗理論
釙元素散射實驗
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”這個假設(shè)。而且對原子特殊結(jié)構(gòu)的假設(shè)也不允許α 粒子在穿過單個原子時有很大的偏轉(zhuǎn)，除非假設(shè)正電荷球的直徑與原子球的直徑相比是極小的。
實驗?zāi)康?/div>
為了要考察原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，必須尋找一種能射到原子內(nèi)部的試探粒子，這種粒子就是從天然放射性物質(zhì)中放射出的α粒子。盧瑟福和他的助手用α粒子轟擊金箔來進(jìn)行實驗，如圖是這個實驗裝置的示意圖。
盧瑟福從1909年起做了著名的α粒子散射實驗，實驗的目的是想證實湯姆孫原子模型的正確性，實驗結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。
α粒子散射實驗示意圖
在一個鉛盒里放有少量的放射性元素釙(Po)，它發(fā)出的α射線從鉛盒的小孔射出，形成一束很細(xì)的射線射到金箔上。當(dāng)α粒子穿過金箔后，射到熒光屏上產(chǎn)生一個個的閃光點，這些閃光點可用顯微鏡來觀察。為了避免α粒子和空氣中的原子碰撞而影響實驗結(jié)果，整個裝置放在一個抽成真空的容器內(nèi)，帶有熒光屏的顯微鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上移動。
實驗結(jié)果
實驗結(jié)果表明，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過，有的甚至幾乎達(dá)到
而被反彈回來，這就是α粒子的散射現(xiàn)象。
銅原子結(jié)構(gòu)
按照這一模型，α粒子穿過原子時，電子對α粒子運動的影響很小，影響α粒子運動的主要是帶正電的原子核。而絕大多數(shù)的α粒子穿過原子時離核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力很小，運動方向幾乎沒有改變，如圖14-2(b)中的1、3、4、6、7、9，只有極少數(shù)α粒子可能與核十分接近，受到較大的庫侖斥力，才會發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，如圖14-2(b)中的2，5，8。
根據(jù)α粒子散射實驗，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分之一，原子核的體積只相當(dāng)于原子體積的萬億分之一。
最終結(jié)論
結(jié)果：大多數(shù)散射角很小，約散射大于；極個別的散射角等于。
結(jié)論：正電荷集中在原子中心。
大多數(shù)α粒子穿透金箔：原子內(nèi)有較大空間，而且電子質(zhì)量很小。
極少數(shù)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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