a粒子散射实验

简述卢瑟福a粒子散射实验现象和意义引言：卢瑟福a粒子散射实验是20世纪初物理学家卢瑟福进行的一项重要实验，通过该实验，卢瑟福首次观察到了原子核的存在，从而为原子结构的研究奠定了基础。

本文将对卢瑟福a粒子散射实验的现象和意义进行简述。

一、实验现象：卢瑟福a粒子散射实验的基本现象是，将高速射入金箔的a粒子被金属原子核散射的过程。

实验中观察到以下几个重要现象：1. 大部分a粒子直线穿过金箔：实验结果显示，大部分a粒子直线穿过金箔，没有或只有微小的偏转。

这说明了原子中存在着大量的空白区域，即原子核外的电子云。

2. 少数a粒子发生大角度散射：尽管大部分a粒子直线穿过金箔，但也有少数a粒子发生了大角度的散射。

这表明原子核具有正电荷，能够对a粒子产生明显的排斥作用。

3. 极少数a粒子被完全反向散射：实验结果还显示，少数a粒子甚至被完全反向散射。

这意味着原子核具有非常强大的正电荷，能够对a粒子产生极强的排斥力。

二、实验意义：卢瑟福a粒子散射实验的意义在于：1. 验证了原子核的存在：实验结果表明，大部分a粒子直线穿过金箔，说明原子中存在大量的空白区域，即原子核外的电子云。

而少数a粒子的大角度散射和完全反向散射现象则表明了原子核具有正电荷。

这一实验结果验证了英国物理学家汤普森的“面包糠模型”是错误的，证明了原子核的存在。

2. 揭示了原子结构的重要特征：卢瑟福的实验结果表明，原子核具有非常强大的正电荷，能够对a粒子产生极强的排斥力。

这一发现揭示了原子结构的重要特征，即原子核是原子中质量集中、带正电荷的部分，而电子则分布在原子核外的电子云中。

3. 奠定了量子力学的基础：卢瑟福的实验结果对于量子力学的发展具有重要意义。

实验结果表明，a粒子在金属原子核的作用下会发生散射，而这种散射现象不能用经典物理学的理论解释。

这促使物理学家们提出了新的理论，即量子力学，以描述微观粒子的行为。

4. 推动了原子核物理学的发展：卢瑟福的实验为原子核物理学的研究奠定了基础。

关于“α粒子散射实验”的若干问题朱建廉南京市金陵中学（210005）摘要：就“α粒子散射实验”的教学过程中所碰到的诸如“为什么用金箔做靶”、“卢瑟福获取α粒子散射的精确数据的方法”等问题谈一些看法。

关键词：α粒子散射；实验现象；闪烁法。

笔者在进行“α粒子散射实验”的教学过程中，常会碰到学生提出的诸如：“为什么要用金箔做靶”，“为什么要在真空环境中实验”，“为什么从α粒子的散射现象中就可以概括出原子的核式结构”，“卢瑟福在α粒子散射实验中是怎样获得α粒子散射的精确数据的”等问题。

这些问题归纳起来实际上是两类：一类是涉及到“α粒子散射实验”的实验目的、实验原理及实验方法设计的基本问题，相比较而言，这类问题比较容易回答；而另一类则是涉及到具体的实验操作细节中的一些技术问题，回答这类问题要困难得多，带着这些问题笔者查阅了有关资料，归纳写出本文。

1、α粒子散射实验的实验目的、方法设计及设计思想1.1实验目的通过对α粒子散射情况的观察与分析，获取关于原子结构方面的信息。

1.2实验方法设计在真空环境中，使放射性元素钋放射出的α粒子轰击金箔，然后通过显微镜观察用荧光屏（硫化锌屏）接收到的α粒子，借助于对轰击金箔前后的α粒子的运动情况的分析与对比，进而了解金原子的结构情况。

1.3实验方法的设计原理和设计思想与某一金原子发生作用前后的α粒子运动情况的差异，必然带有金原子结构特征的烙印，而这正是α粒子散射实验的设计思想。

卢瑟福所以选择金原子作靶，是利用金的良好的延展特性，把金箔做得尽量薄，以使每一个α粒子在穿过金箔的过程中与尽可能少的金原子发生作用；至于实验要求在真空环境中进行，显然是为了避免气体分子对α粒子的运动产生影响。

2、α粒子散射实验的实验现象及对实验现象的解释2.1实验现象α粒子散射实验的现象是沿不同散射角度的方向上均观察到散射的α粒子，但数量不同。

在中学物理教材中，把这些散射的α粒子分为三类：（1）绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向运动；（2）少数α粒子发生了较大角度的偏转；（3）极少数α粒子的偏转角度超过了900，有的甚至达到1800。

α粒子散射实验α粒子散射实验α粒子散射实验（a-particle scattering experiment）又称金箔实验、Geiger-Marsden 实验或卢瑟福α粒子散射实验引。

是1909年汉斯·盖革和恩斯特·马斯登在欧内斯特·卢瑟福指导下于英国曼彻斯特大学做的一个著名物理实验。

目录实验用准直的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孙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，更无法用汤姆孙模型说明。

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10-14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.汤姆孙在1903年提出的原子的葡萄干圆面包模型，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。

编辑本段实验目的与过程卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。

在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。

为了要考察原子内部的结构，必须寻找一种能射到原子内部的试探粒子，这种粒子就是从天然放射性物质中放射出的α粒子。

卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔来进行实验，图14-1是这个实验装置的示意图。

在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，它发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上。

当α粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个的闪光点，这些闪光点可用显微镜来观察。

卢瑟福的α粒子散射实验观察和结论卢瑟福的α粒子散射实验观察和结论导言卢瑟福的α粒子散射实验是物理学史上具有里程碑意义的实验之一。

通过此实验，卢瑟福成功地证实了原子结构的基本概念，并揭示了原子核的存在。

本文将探讨卢瑟福的α粒子散射实验的观察结果和结论，并分享我对此实验的观点和理解。

1. 实验背景卢瑟福的α粒子散射实验于1911年进行，当时科学界对原子结构的理解还较为模糊。

卢瑟福希望通过实验来验证当时流行的“杜尔文模型”，即认为原子是由带正电的球体（原子核）和带负电的电子云组成的。

他选择使用α粒子（带有两个负电荷的氦离子）作为入射粒子，通过散射角度的观察来揭示原子的内部结构。

2. 实验过程卢瑟福将一束经过加速的α粒子照射到薄金属箔上，并在周围布置了一个荧光屏。

通过观察荧光屏上出现的散射点和角度，卢瑟福记录下了大量实验数据。

3. 实验观察结果卢瑟福的实验观察结果出人意料，与当时的预期相去甚远：(1) 大多数α粒子出射角度很小，接近与入射方向一致；(2) 一小部分α粒子发生明显的偏转，出射角度远离入射方向；(3) 极少数α粒子甚至发生180度的反向散射，返回入射方向。

4. 实验结论基于上述观察结果，卢瑟福得出了以下结论：(1) 原子具有较大的空隙，大部分α粒子可以直接穿过原子而不发生散射；(2) 原子中存在带正电的原子核，同时带负电的电子云位于其周围；(3) 发生明显偏转的α粒子与正电荷较大的原子核发生了相互作用；(4) 散射角度与入射粒子的能量和散射物质的原子核正电荷有关。

5. 对实验的观点和理解卢瑟福的α粒子散射实验提供了直接证据，证明了历史上首次提出的原子核模型。

此模型认为原子核位于原子的中心，其中带有正电荷，并且占据了大部分原子的质量。

这个实验打破了当时流行的汤姆孙模型，即认为原子是由均匀分布的正负电荷所组成。

对于实验的观察结果，我认为其中最令人震惊的是极少数α粒子的180度反向散射。

这意味着原子核的大小远远小于原子的整体大小，同时具有较大的正电荷。

α粒子散射实验意义引言α粒子散射实验是物理学中一项重要的实验，它对于研究原子核结构和核力的性质具有重要意义。

本文将从实验背景、实验原理、实验结果及其意义等方面进行阐述，以探讨α粒子散射实验的意义。

一、实验背景20世纪初，物理学家发现原子核是由质子和中子组成的，而质子和中子之间的相互作用力成为研究的焦点。

为了更好地理解原子核结构和核力的性质，科学家们进行了大量的实验研究。

其中，α粒子散射实验被广泛应用于研究原子核的内部结构和核力的性质。

二、实验原理α粒子散射实验是通过将高能的α粒子束照射到靶核上，然后测量散射后α粒子的角度和能量分布来研究原子核的性质。

实验原理主要包括散射截面、散射角和能量损失等方面。

1. 散射截面散射截面是描述α粒子与靶核相互作用的概率。

通过测量散射截面的大小，可以了解到原子核的大小、形状和电荷分布等信息。

2. 散射角散射角是指散射后α粒子与入射方向的夹角。

通过测量散射角的分布，可以推断出原子核的形状以及核力的性质。

3. 能量损失α粒子在散射过程中会损失能量，通过测量散射后α粒子的能量，可以研究原子核的能级结构和能量损失机制。

三、实验结果及其意义α粒子散射实验的结果对于研究原子核结构和核力的性质具有重要意义。

1. 原子核结构通过测量散射角的分布，科学家们发现原子核具有一定的大小和形状，这一发现对于揭示原子核的内部结构提供了重要线索。

同时，散射截面的大小也揭示了原子核的电荷分布情况。

2. 核力性质散射实验还可以提供有关核力的性质信息。

通过测量散射截面的大小和散射角的分布，可以推断出核力的强度和作用范围，进而研究核力的性质和作用机制。

3. 原子核能级结构散射实验中测量的能量损失可以揭示原子核的能级结构。

通过测量散射后α粒子的能量，可以推断出原子核的激发态和能级分布情况，进而研究原子核的激发机制和能级跃迁规律。

结论α粒子散射实验作为研究原子核结构和核力性质的重要手段，具有重要的意义。

通过测量散射截面、散射角和能量损失等参数，可以揭示原子核的内部结构、核力的性质和能级结构等信息。

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。

a粒子散射实验揭示原子有核模型的实验。

为E.卢瑟福等人所做，又称卢瑟福a 粒子散射实验。

J.J.汤姆孙发现电子揭示了原子具有内部结构后，1903年提出原子的葡萄干圆面包模型，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。

1909年卢瑟福的助手H.盖革和E.马斯登在卢瑟福建议下做了a粒子散射实验，用准直的a 射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的a粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数a 粒子发生角度比汤姆孙模型所预言的大得多的偏转，大约有1／8000 的a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，更无法用汤姆孙模型说明。

1911年卢瑟福提出原子的有核模型，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a粒子散射公式，说明了 a 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10-14米。

此实验开创了原子结构研究的先河。

原子结构模型的演变原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。

一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。

人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。

下面介绍的几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。

道尔顿原子模型（1803 年）：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。

汤姆生原子模型（1904 年）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。

卢瑟福原子模型（1911 年）：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。

玻尔原子模型（1913 年）：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。

知识的回顾 ……
1、谁发现了阴极射线？ 2、阴极射线是什么？ 3、电子是谁确认的？
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原子复杂结构的发现过程
人类社会是在不断地发现、发 明和创造中前进的。直到19世纪末， 人们还认为原子是构成物质的最小 单位而不可再分，当汤姆生在1897 年发现电子后，人们才认识到原子 结构的复杂性。
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α粒子散射实验
1909～1911年，英国物理学家卢
瑟福和他的助手们进行了 粒子散
射实验
著名的 粒子散射实验装置
真空
金箔
放射源
卢 瑟 福
可转动的带 有荧光屏的 显微镜
作用： 统计散射到各个方向的α粒子所占的比例， 可以推测原子中正负电荷的分布情况
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α粒子散射实验
请预测α 粒子可能的运动情况？
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汤姆孙的原子模型无法解释大角度散射的实验结果
卢瑟福分析实验数据认为：所有正电物质集中在很
小的空间范围
原子的核式结构模型
原子的中心有一个带正电的很小的原子核， 它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量， 带负电的电子在核外空间绕核旋转．
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原子的核式结构的提出
• 原子核式结构模型的α粒子散射图景
由此可断定： 原子内还有带正电的且具有绝大部分原子质量的物质
问题： 这部分物质与电子在原子中是怎么分布的？
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3-5 第三章 原子结构之谜
清远市一中
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陈召平
科学靠两条腿走路，一个是理 论，一个是实验。有时一条腿走在 前面，有时另一条腿走在前面。但 只有使用两条腿，才能前进。
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卢瑟福α粒子散射实验
卢瑟福散射实验是近代物理科学发展史中最重要的实验之一。

在1897年汤姆逊（J.J.Thomson）测定电子的荷质比，提出了原子模型，他认为原子中的正电荷分布在整个原子空间，即在一个半径R≈10-10m区间，电子则嵌在布满正电荷的球内。

电子处在平衡位置上作简谐振动，从而发出特定频率的电磁波。

简单的估算可以给出辐射频率约在紫外和可见光区，因此能定性地解释原子的辐射特性。

但是很快卢瑟福（E.Rutherford）等人的实验否定这一模型。

1909年卢瑟福和他的助手盖革（H.Geiger）及学生马斯登（E.Marsden）在做α粒子和薄箔散射实验时观察到绝大部分α粒子几乎是直接穿过铂箔，但有大约1/8000个α粒子发生散射角大于900，甚至观察到偏转角等于150°的散射，称大角散射。

这一实验结果当时在英国被公认的汤姆逊原子模型根本无法解释。

在汤姆逊模型中正电荷分布于整个原子，根据对库仑力的分析，α粒子离球心越近，所受库仑力越小，而在原子外，原子是中性的，α粒子和原子间几乎没有相互作用力。

在球面上库仑力最大，也不可能发生大角度散射。

卢瑟福等人经过两年的分析，于1911年提出原子的核式模型，原子中的正电荷集中在原子中心很小的区域内，而且原子的全部质量也集中在这个区域内。

原子核的半径近似为10－15m，约为原子半径的千万分之一。

卢瑟福散射实验确立了原子的核式结构，为现代物理的发展奠定了基石。

α粒子散射实验
又称“金箔实验”
主要内容
1. 实验背景 2. 实验过程 3. 实验现象 4. 实验结论
1. 实2.验实3背.验景实4过.验程实现验象结论
α粒子
散射
实验
1. 实验背景
2. 实3.验实4过.验程实现验象结论
α粒子
散射
实验
α粒子由两粒 带正电荷的质子 和两粒 中性的中子 构成，带正电荷
理论
实验
1. 实2.验实3背.验景实4过.验程实现验象结论
铅盒
钋Po
212 86
Po208 84
P检b测42 Hαe粒(子粒子)荧光屏及显微镜
Po发生α衰变的容器
金箔
α粒子轰击对象，良好的延 展性，其厚度约为1nm
防止空气影响实验结果
1. 实验3背. 景实4. 验实现验象结论 2. 实验过程
荧光屏及显微镜运动轨迹
相当于氦正离子
+
+
He2+
太
阳
上
的
氦
1. 实验背景
2. 实3.验实4过.验程实现验象结论
α粒子
散射
实验
透射
散射
Scattering
偏离了原来的运动方向而分开
反射
1. 实验背景
2. 实3.验实4过.验程实现验象结论
1. 实验背景
2. 实3.验实4过.验程实现验象结论
解释α粒子大角度散射现象
汤姆孙原子模型 （枣糕模型）
绝大多数直线穿过的α粒子
少数散射的α粒子
+
极少数被金箔反 射回来的α粒子
有核
保持原子的电中性
带负电的电子分布在原子中
1. 实2.验实3背.验景实过验程现象 4. 实验结论

a粒子散射实验现象a粒子散射实验是一种经典的物理实验，用于研究原子结构和原子核结构，发现了原子核的存在和原子核结构的基本特征。

本文将介绍a粒子散射实验的具体实验现象，以及这些现象背后的物理原理。

实验现象：1911年，英国物理学家Rutherford进行了a粒子散射实验，将一束高速的a粒子射向超薄的金箔，观察其散射轨迹，并记录所得的散射角度和散射位置。

通过这些实验观测结果，Rutherford发现了以下三个现象：1. 大部分a粒子直线穿过金箔而不受散射。

这说明金箔内部存在着大量的几乎无质量、带有相等数量的正电荷和负电荷的原子核，使得a粒子可以穿过空隙而不与原子核发生相互作用。

2. 少数a粒子发生极大角度的反向散射。

通过进一步的实验研究，Rutherford发现这部分极少数的a粒子与金箔中的原子核相撞，而且撞击点不可能位于可以用传统物理学描述的均匀电荷分布中心。

3. 反向散射a粒子的数量较少，但它们所承受的散射角度极大，表示它们与原子核作用的距离极近，距离约为原子半径的千分之一，同时说明原子核具有高度的正电荷集中在极小的空间里，这种特殊的结构成为Rutherford原子核模型。

物理原理：a粒子实验中的物理原理是原子核与a粒子相互作用的特性。

当a粒子穿过原子核附近时，其与原子核中质子发生作用，反弹的情况可以用弹性散射理论分析，但是Rutherford 实验中发现的反向散射a粒子发射角度较大的情况，表明其发生了非弹性散射，它与原子核器触发的相互作用。

这种相互作用的发生，能量的损失，以及原子核的结构特征，是解释a粒子散射实验观测结果的关键因素。

结论：a粒子散射实验发现的反向散射现象，揭示了原子核的存在及其重要的结构特性。

它深刻影响了物理学的发展，并为今天我们对物质微观结构的认识奠定了基础。

卢瑟福散射实验报告实验步骤：1.测量α粒子在空气中的射程，计算α粒子的能量Ea) 将空靶插入卡槽，测量靶到探头的距离l 1 和源到探头的距离l 2 ，并记录室温Tb) 盖上真空室上盖，开启机械泵电源将真空室抽真空。

c) 打开测量软件，从-5°测到5°,以1°为步长测α粒子能谱峰区计数，每个角度测60s，确定物理0°角；d) 靶台转至物理0°角，测ROI 计数120s；e) 关闭电磁阀2，缓慢放气至6.0kPa 左右后停止放气。

f) 在6~30kPa 范围测气压对计数的影响，测4 个点（连同气压为0 的点共至少5 个点），每点测120s。

g) 绘制P-N曲线，得到α粒子的平均射程及能量2.验证关系a) 缓慢放完气后，打开真空室盖子，换上金靶，合上盖子抽真空。

b) 在-5°~5°范围以1°为步长测α粒子能谱峰区计数，每个角度测90s，确定物理0°角；c) 在10°~25°范围选5 个角度测散射计数，每个角度根据计数率调整测量时间。

d）绘制N-θ曲线，并与理论值比较。

数据分析：1.α粒子射程及能量确定物理零度角：角度/°-5-4-3-2-1选区计数7362573675698316199151905改变真空室气压，记录120s内探测器计数，绘制P-N关系图对曲线进行线性拟合，得到N = -2750.3P + 150823 ，相关系数R² = 0.988由解析式可推得，P=0时N0=150823，N=N0/2时P=27.42kPa。

此时源到探测器距离l2即平均射程。

由，得到室温24.3℃，P=27.42kPa时空气密度∴由可解出E=2.323MeV2.验证关系角度/°-3-2-10选区计数6628693767876437改变散射角，测散射计数，绘制N-θ图散射角/°1013161922时间/s2001503006001000选区计数57682173197919541453，对曲线进行线性拟合，斜率即K=0.0016.做图像，与理论计算值比较121416182022th eta d eg ree0.0050.0100.015K K theta relation相对误差思考题2. 有偏差，而且在θ较大时更加明显，主要原因在于卢瑟福散射公式本身所推论的是一个概率，只有当实验时间趋于无穷时才会完全相符，但由于客观原因的限制我们无法利用更长的时间来获得更加准确的数据，因此随机性的因素便会较大的影响实验的结果。

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。

显微镜
用于放大荧光屏上的轨迹，以便 更准确地观察和分析。
实验操作步骤
01
02
03
04
步骤1
将金箔放置在实验装置中适当 的位置。
步骤2
启动α粒子源，使粒子通过金 箔。
步骤3
使用显微镜观察荧光屏上散射 后的α粒子轨迹。
步骤4
记录并分析观察到的轨迹数据 ，得出结论。
03 α粒子的散射现象
散射分布
散射分布描述了α粒子在穿过物 质时在不同方向上的散射情况。
实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金 箔后仍沿原来的方向前进，说明原子 内部绝大部分空间是空的，原子核所 占的空间非常小。
极少数α粒子发生了较大的偏转，并有 极少数α粒子的偏转超过90°，甚至几乎 达到180°而被反弹回来，说明原子核带 正电荷且质量很大。
对后续研究的影响
α粒子散射实验为卢瑟福提出 原子核式结构模型奠定了基础。
对物质波的发现
实验中观察到的α粒子散 射轨迹呈现波动性，为德 布罗意物质波理论的提出 提供了实验依据。
02 实验装置与操作流程
金箔
厚度
金箔的厚度通常在 0.05mm左右，以确保足 够的强度和稳定性。
纯度
为了确保实验结果的准确 性，金箔的纯度要求极高， 通常为99.9%或更高。
制备
金箔通常是通过将纯金压 延成薄片，然后切割成适 当的大小制备而成。
α粒子的性质
01
α粒子是氦原子核，带2个正电荷， 质量约为质子的4倍。
02
α粒子具有强电场和相对较大的质 量，因此具有较大的穿透能力和散 射概率。
实验目的与意义
01
02
03
验证原子核式结构
通过观察α粒子散射实验， 可以验证卢瑟福提出的原 子核式结构是否正确。

3.甲乙两球在水平光滑的轨道上同方向运动， 已知他们的动量分别是5kg·m/s，7kg·m/s， 甲从后面追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量 变为10kg·m/s，则两球质量m甲与m乙间的关系 可能是下面的哪几种（ C ） A.m乙=m甲 B.m乙=2m甲
C.m乙=4m甲
代入数据解出 如果是完全非弹性碰撞，则碰后二者速度大小相等，由所以
1.如图所示，半径和动能都相等的两个小球 相向而行,甲球质量m甲大于乙球质量m乙，水 平面是光滑的，两球做对心碰撞以后的运动 情况可能是下述哪些情况？
AB
A．甲球速度为零，乙球速度不为零 B．两球速度都不为零 C．乙球速度为零，甲球速度不为零 D．两球都以各自原来的速率反向运动
2.在光滑水平面上，动能为 E0、动量大小为 P0 的小钢球 1 与静止的小钢球 2 发生碰撞，碰撞前后球 1 的运动方 向相反，将碰撞后球 1 的动能和动量的大小分别记为 E1、 P1，球 2 的动能和动量的大小分别记为 E2、P2，则必有 （ ABD ） A、E1<E0 B、P1<P0 C、E2>E0 D、P2>P0
正碰
弹 性 碰 撞 ： 动量守恒，动能没有损失
非 弹 性 碰 撞 ： 动量守恒，动能有损失 完全非弹性碰撞： m1v1+m2v2=(m1+m2)v,动 能损失最大
D.m乙=6m甲
，因此 代入数据解出
设两球发生的是弹性碰撞，则碰撞过程动量守恒并且机械能守恒．由于物体动能与动量间满足关系式
综上所述，两小球的质量间的关系必须满足
4.质量相等 A、B两球在光滑水平桌面上沿同一直线，同 一方向运动，A球的动量是 7kg·m/s，B 球的动量是 5kg·m/s，当A球追上B球发生碰撞，则碰撞后两球的动量 A 可能值是（ ） A. pA‘=6kg·m/s，pB'=6kg·m/s B. pA‘=3kg·m/s，pB'=9kg·m/s C. pA‘=－2kg·m/s，pB'=14kg·m/s D. pA‘=－5kg·m/s，pB'=17kg·m/s

α粒子散射实验现象
中子散射实验是物理学中最重要且令人兴奋的实验之一，它揭示了原子结构和分布，由此改变了人们对原子构造的认识。

一、实验原理
中子散射实验是根据原子物理学和分子物理学的理论，将中子射入原子核，直接射在原子核的基本结构，由此产生的碰撞效应被观测到，分析这种碰撞效应，由此来研究原子核的结构。

二、实验要素
（1）实验装置：散射实验要求要求正确调节实验装置，源和细胞特别是中子源和中子检测器，要求精密，使其准确定位，能够对原子核放出中子进行有效测量。

（2）中子源：散射实验需要使用中子源，在调节中子源前，需将恰当的中子聚集起来，并使其稳定，以保证实验的准确性。

（3）中子检测器：在实验过程中，必须使用检测器，能够准确探测到中子撞击后原子核放出的各种次级粒子，进而计算出原子核大小及种类。

三、实验结果
按照实验原理和设备，我们能够得到实验结果，该实验得出的结果表明，中子碰撞中碰撞次数的增加，次级粒子的数量也会增加，从而推断出原子核的结构。

此外，实验还可以确定原子核的大小范围，同时能够对各种原子核的分布模式有更清晰的了解。

四、实验发展
随着科学技术的发展，中子散射实验也在不断进步。

现今，已经开发出能够在短时间内实施大量实验条件的实验系统，并通过自动控制技术，为实验提供了便利。

此外，通过开发高效的实验装置，也能进一步提高实验的精度，达到更小尺度结构原子核的检测。