卢瑟福散射实验讲义

高中物理《卢瑟福散射实验》优秀说课稿一、教学目标本节课主要通过介绍卢瑟福散射实验，使学生了解原子结构的基本概念和卢瑟福散射模型，并能够掌握相关实验操作和思考方法。

具体目标如下：1. 知识目标：- 掌握卢瑟福散射实验的基本原理和实验装置；- 理解原子的结构特点和卢瑟福散射模型的基本概念。

2. 能力目标：- 能够熟练操作卢瑟福散射实验装置；- 能够分析实验结果并思考其背后的物理原理。

3. 情感目标：- 培养学生对物理实验的兴趣和探究精神；- 培养学生的观察和思考能力。

二、教学重点和难点教学重点：- 卢瑟福散射实验的原理和实验装置；- 卢瑟福散射模型的基本概念。

教学难点：- 理解和运用卢瑟福散射模型。

三、教学过程1. 导入（5分钟）- 利用实例引发学生的思考：在日常生活中，我们常常遇到什么会发生散射现象？2. 知识讲解（10分钟）- 介绍卢瑟福散射实验的背景和意义；- 解释卢瑟福散射模型的基本概念。

3. 实验演示（15分钟）- 展示卢瑟福散射实验装置的安装和操作方法；- 演示实验过程并观察实验现象。

4. 实验分析（15分钟）- 根据实验结果，引导学生思考：为什么实验中会出现这样的散射现象？- 解释卢瑟福散射模型的原理和推导过程。

5. 总结（5分钟）- 总结卢瑟福散射实验的关键点；- 强调实验对于理解原子结构的重要性。

四、教学评价本节课可以通过以下方式进行评价：1. 实验操作评价：- 观察学生的实验操作是否正确；- 检查学生对实验装置的使用是否熟练。

2. 实验结果分析评价：- 检查学生对实验结果的解释是否准确；- 评价学生对卢瑟福散射模型的理解程度。

3. 学生参与评价：- 观察学生在课堂中的积极参与程度；- 检查学生对问题的思考和回答能力。

五、教学反思本节课对于学生理解原子结构的基本概念和卢瑟福散射模型起到了很好的引导作用。

通过实验演示和实验结果分析，学生能够更好地理解散射现象背后的物理原理。

然而，在教学过程中，我发现部分学生对实验操作不够熟练，需要加强实验操作的训练和指导。

卢瑟福散射公式的实验验证
一、实验简介
卢瑟福散射公式（Rutherford scattering formula）是1911年英国
科学家阿尔弗雷德·卢瑟福提出的，它是用来解释热核反应的微观动力学
模型，根据该公式，当重粒子（如α粒子）抵达质量集中的区域（原子核）时，其有几率发生Scattering过程，进而使得粒子的方向改变。

为
了验证卢瑟福散射公式，本实验采用重粒子（铯粒子），在特定的重粒子
浓度下，观察重粒子运动的方向，检测是否与卢瑟福散射公式所预期相同。

二、实验环境及设备
本实验使用半导体α质量分析仪设备，它是一种能够通过测定散射
冲击中核的质量来测量粒子能量的装备。

本实验使用的核物质是6种称为“原子核供体”的晶体，用化学方法制备成椭圆形状的晶体，晶体表面由
一层石英薄膜覆盖，用作放射性核反应探测器。

晶体板两端设有灯，用来
提供实验散射图形的阴影效果。

三、实验实施
1.首先在实验室中放入所需的晶体和灯，将晶体板放在室内的两端，
并在晶体板的表面上以固定间距制作放射线路径，以便观察粒子在穿过该
晶体板的过程中的变化情况。

2.然后向晶体板注入适量的铯粒子，将晶体板放置在射线源（用于发
射α粒子的装置）上方，调节粒子浓度。

卢瑟福α粒子散射实验说明卢瑟福α粒子散射实验是一项重要的实验，它为我们揭示了原子的结构和核心的组成。

在这篇文章中，我将详细介绍卢瑟福α粒子散射实验的原理和重要意义。

卢瑟福α粒子散射实验是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年提出并进行的。

这个实验是通过将高能的α粒子轰击金属箔来研究原子结构的。

实验装置包括一个放射性源，用于产生α粒子，以及一个金属箔片，用于散射α粒子。

通过观察散射α粒子的轨迹和偏转角度，可以推断出金属箔内部的原子结构。

卢瑟福α粒子散射实验的原理是基于电荷之间的相互作用。

在实验中，α粒子带有正电荷，而金属箔中的原子核也带有正电荷。

当α粒子与原子核相互作用时，它们之间会发生散射。

根据库仑定律，散射角度与电荷之间的相互作用力成正比。

因此，通过测量散射角度，我们可以推断出原子核的位置和电荷分布。

在卢瑟福实验中，观察到了两种不同的散射模式：散射角度较小的散射事件和散射角度较大的散射事件。

卢瑟福发现，大部分α粒子穿过金属箔而没有发生散射，只有极少部分α粒子发生大角度的散射。

这一现象无法用经典物理学解释，而需要引入新的理论。

卢瑟福根据实验结果提出了著名的卢瑟福模型，也称为太阳系模型。

根据这个模型，原子核位于原子的中心，而电子则围绕核心运动，类似于行星绕太阳运动。

这个模型解释了为什么大部分α粒子穿过金属箔而没有发生散射，因为原子核的体积非常小，而α粒子的运动轨迹离开原子核足够远。

卢瑟福α粒子散射实验对于我们理解原子结构和核物理有着重要的意义。

首先，它揭示了原子中存在着一个非常小而致密的原子核，以及围绕核心运动的电子。

其次，实验结果验证了电荷之间的库仑相互作用定律，并为后来的量子力学提供了重要的实验依据。

最后，这个实验也为核物理的发展奠定了基础，为后续的核反应和核能利用提供了重要的参考。

总结一下，卢瑟福α粒子散射实验是一项重要的实验，通过观察散射α粒子的轨迹和偏转角度，揭示了原子的结构和核心的组成。

卢瑟福的a粒子散射实验结论原理计算卢瑟福的α粒子散射实验是一个具有重要意义的物理实验。

该实验是由新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福于20世纪初进行的，实验中使用了α粒子（即氦离子或称α粒子）射向一个金属薄膜，并对散射角度和散射强度进行了观察和测量。

根据经典的电磁理论，当一个α粒子入射到坚硬物体上时，它会受到库仑力的相互作用。

根据库仑定律，这个作用力具有反比于距离的平方的关系，因此入射到金属薄膜的α粒子将会受到金属原子核的库仑力作用，与之发生散射。

卢瑟福实验的重要结论如下：1.大部分的α粒子直线穿过金属薄膜，只发生微小的散射。

这表明原子的大部分空间是由空隙构成的，因为α粒子直径比原子小得多。

2.少数的α粒子经过散射后，发现其散射角度很大。

这暗示了原子具有一个高度集中的、具有正电荷的中心区域，即原子核。

3.α粒子散射的散射角度与入射粒子的能量有关。

这表明散射的短距离库仑相互作用，与α粒子的能量相关。

根据以上结论，卢瑟福提出了最早的原子核模型，即卢瑟福散射模型。

根据该模型，原子由一个带正电荷的原子核和围绕核的负电荷电子云组成。

原子的大部分体积为空隙，几乎所有的质量都集中在原子核中。

卢瑟福散射实验结论的原理可以通过经典的库仑力和动量守恒定律来解释。

在实验中，当α粒子与金属原子核发生相互作用时，它们之间的库仑力导致了散射。

根据电磁力的方向，α粒子将会受到一个向外的力，从而发生向后的散射。

根据动量守恒定律，散射后的α粒子的动量也会改变，从而使其散射角度发生偏转。

根据电磁力的定性描述和动量守恒定律可以计算散射角度和散射强度。

实际上，卢瑟福通过对散射后α粒子的观察和测量，得出了散射角度与入射粒子能量之间的关系，并从而确定了原子核的存在。

总结起来，卢瑟福的α粒子散射实验结论揭示了原子内部结构的重要特征，尤其是原子核的存在。

这项实验在现代原子物理学的发展中具有深远意义，为原子核物理学的诞生奠定了基础，也为后来的量子力学的发展提供了重要线索。

§3 卢瑟福散射公式 在有核模型下，卢瑟福导出一个实验上可验证的散射公式。

经实验定量验证，散射公式是正确的，从而验证了散射公式所建立的基础—原子有核模型结构也是正确的。

一． 库仑散射公式（又称瞄准距公式）2 2/2θctg a b = b:瞄准距， θ：散射角， a=z 1z 2e 2/E α, E α=m αv 2/2,α粒子动能。

b 与θ关系：b 越大，θ越小。

2.忽略核外电子影响（因为电子质量远小于α粒子质量）。

（公式在理论力学中应学过，推导略）瞄准距公式无法用定量实验来验证。

下面来推导实验能验证的公式---卢瑟福散射公式。

二． 卢瑟福的散射公式1．装置图M ：显微镜；S ：闪烁屏；F ：金箔片2．卢瑟福的散射公式2/42)4221(θSin d E e z z NntN d Ω='说明：dN´: 散射到散射角为θ、立体角为dΩ的α粒子数dΩ:闪烁屏S对散射点O展开的立体角；E：α粒子动能，E=mv2/2;Z1=2, Z2=79(金的电荷数)t: 金箔厚度；n: 箔中单位体积中原子数（原子数密度）；N：入射的α粒子总数3．卢瑟福的散射公式推导，并介绍一个重要概念：微分散射截面。

①先说明通过右边园环的α粒子都会从左边的对应的空心园锥体内散射出来。

(两个园锥体的顶点可近似重合)，一个右边小园环总是与左边一个空心园锥体对应。

现推导小园环dσ与空心园锥体的立体角d Ω的关系：θθθππθθd Cos Sin r rSin rd r dS d 224222=⋅⋅==Ω2162822222222242322θθθθπθθθππσSin d a Sin d Cosa Sin d a ctg a db b d Ω===⋅-=⋅= 这就是d Ω与d σ的关系式。

并且由于对称性，此式对出射的任意立体角 d Ω'与对应的入射小截面d σ'的关系也成立。

②求与一个原子核碰撞，从d Ω散射出来的α粒子数dN(假设α粒子穿过箔片时只发生一次散射)A入射α粒子 散射α粒子厚度t设通过A 的入射α粒子总数为N ，则单位面积上通过α粒子数为N/A ，那么通过某一小截面dσ的α粒子数为：Ω==d Sin A Na d A N dN 21642θσ 这是α粒子与一个原子核碰撞，散射到散射角为θ、立体角为dΩ的α粒子数dN 。

卢瑟福的a粒子散射实验现象及结论一、实验介绍二、实验现象1. α粒子的发射与散射2. α粒子的反跳现象三、实验结论1. 原子具有空心结构2. 原子核具有正电荷3. 原子核与电子的比例关系四、实验意义及影响一、实验介绍卢瑟福的a粒子散射实验是物理学中非常重要的一个经典实验，它是对原子结构和性质进行研究的基础。

该实验于1910年由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）领导完成，是一项利用α粒子对原子核进行探测的实验。

二、实验现象1. α粒子的发射与散射在卢瑟福的a粒子散射实验中，首先将α放射源放置在一个铅盒中，使其向外发出α粒子。

然后将α粒子引入真空玻璃管中，通过调节电压和电流来使α粒子加速，并通过一个小孔射向金箔靶。

在金箔靶后面设立一个荧光屏，用来观察α粒子的散射情况。

实验结果表明，大多数α粒子直线穿过金箔靶，只有极少数α粒子被散射。

这说明原子具有空心结构，其中正电荷集中在原子核内。

2. α粒子的反跳现象在实验中，还观察到了α粒子的反跳现象。

即有些α粒子经过金箔靶后会发生反弹，回到射线源处。

这说明原子核具有正电荷，并且与电子相比非常小。

三、实验结论1. 原子具有空心结构卢瑟福的a粒子散射实验表明，大多数α粒子直线穿过金箔靶，只有极少数α粒子被散射。

这说明原子具有空心结构，其中正电荷集中在原子核内。

2. 原子核具有正电荷实验还观察到了α粒子的反跳现象。

即有些α粒子经过金箔靶后会发生反弹，回到射线源处。

这说明原子核具有正电荷，并且与电子相比非常小。

3. 原子核与电子的比例关系通过对实验数据的分析，卢瑟福得出了一个重要的结论：原子核的质量与电子的质量相比非常大，而原子核的直径只有原子直径的万分之一。

这说明原子核与电子的比例关系是非常不同的。

四、实验意义及影响卢瑟福的a粒子散射实验是对原子结构和性质进行研究的基础。

它揭示了原子具有空心结构，其中正电荷集中在原子核内；同时也证明了原子核具有正电荷，并且与电子相比非常小。

卢瑟福的a粒子散射实验结论原理计算卢瑟福的α粒子散射实验被认为是原子物理学的里程碑之一，它为原子结构的理论奠定了基础。

实验中，卢瑟福将带有正电荷的α粒子轰击薄薄的金属箔，观察散射后α粒子的轨迹和能量分布情况。

根据实验结果，卢瑟福提出了以下结论：1.原子有一个小而重的核心：卢瑟福发现大部分α粒子穿过金箔而不受到偏转，只有极少数粒子会发生大角度的散射。

这表明原子中存在一个小而重的核心，α粒子必须以足够大的角度接近核心才能发生散射。

2.原子核带有正电荷：由于α粒子带有正电荷，而且只有很少的粒子角度发生大的散射，可推断出核内带有与α粒子电荷相反的正电荷。

3.原子是空旷的：由于几乎所有的α粒子都能穿过金箔而不受到偏转，推断出原子的体积主要是由空旷的空间构成，α粒子只有在靠近核心时才会发生散射。

4.原子中电子的位置和分布：卢瑟福的实验结果无法解释电子分布的精确位置，但可以推测出电子主要处于与核心固定位置的轨道上，并且占据大部分原子体积。

卢瑟福的实验结论可以得出以下原理：1.核内带正电荷：由于α粒子在金箔中的大角度散射，推测出核内带有正电荷。

瑟福的实验结果与电子云模型中的平均电荷情况不符，进而证实了带正电荷的原子核的存在。

2.原子是空旷的：由于大部分α粒子穿过了金箔而不受到偏转，推测原子主要是由空旷的空间构成。

这与传统的布尔理论，即原子由电子环绕的核心构成的观点不同，从而推动了后来的量子力学的发展。

计算原理：卢瑟福实验的计算原理基于库伦定律和动量守恒定律。

根据库仑定律，两个带电体之间的作用力与它们电荷之间的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

在实际计算中，我们可以假设α粒子和原子核为点电荷，并且α粒子的质量远大于电子和原子核的质量。

由于其中一个电荷为正电荷，而另一个电荷为负电荷，通过库伦定律可以计算出粒子受到的作用力大小。

此外，卢瑟福实验还考虑了动量守恒定律。

在碰撞前后，α粒子和原子核之间的总动量矢量在大小和方向上都保持不变。

卢瑟福散射实验实验目的通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论；并学习应用散射实验研究物质结构的方法。

实验原理α粒子散射理论（1）库仑散射偏转角公式设原子核的质量为M ，具有正电荷+Ze ，并处于点O ，而质量为m ，能量为E ，电荷为2e 的α粒子以速度ν入射，当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。

设α粒子最初的的动能和角动量分别为E 和L ，由能量和动量守恒定律可知：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⋅=∙∙222202241ϕπεr r m r Ze E （1） L b m mr ==∙∙νϕ2 （2） 由（1）式和（2）式可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b 有如下关系：202242Ze Eb ctg πεθ= （3） 设EZe a 0242πε=，则a b c t g 22=θ （4） 为求得实际的散射的α粒子数，以便与实验进行比较，还必须考虑靶上的原子数和入射的α粒子数。

由于薄箔有许多原子核,每一个原子核对应一个这样的环,若各个原子核互不遮挡,设单位体积内原子数为0N ,则体积st 内原子数为st N 0，α粒子打在这些环上的散射角均为θ，因此一个α粒子打在薄箔上，散射到θ方向且在Ωd 内的概率为s t N sds ⋅0。

若单位时间有n 个α粒子垂直入射到薄箔上，则单位时间内θ方向且在Ωd 立体角内测得的α粒子为：2sin 42414220200θπεΩ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=d E Ze t nN s t N s ds n dn （5） 经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面Ω⋅=Ωtd N n dn d d 01)(θσ 其物理意义为，单位面积内垂直入射一个粒子（n=1）时，被这个面积内一个靶原子（10=t N ）散射到θ角附近单位立体角内的概率。

因此，2sin 14241)(422200θπεθσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Ω=ΩE Ze td nN dn d d （6） 这就是著名的卢瑟福散射公式。