α粒子散射实验详细数据全集
中文名:α粒子散射实验mbth:Geiger–Marsden实验(S)又称卢瑟福金箔实验目的:为了确认汤姆逊原子模型、发展史、实验内容、实验理论、实验目的和实验结果的正确性，最后，发展史实验用准直α射线轰击微米厚度的金箔，发现大部分α粒子通过薄金箔时偏转很小，但少数α粒子的偏转角度比汤姆逊模型预测的大得多。约1/8000 α粒子的偏转角大于90°，甚至观测到偏转角等于150°的散射，称为大角。1911年，卢瑟福提出了原子的核模型(又称原子的核结构模型)。与正电荷相关的质量集中在中心形成原子核，电子在原子核外围绕原子核运动，由此导出α粒子的散射公式，解释了α粒子的大角度散射。卢瑟福的散射公式后来被盖革和马斯登的改进实验系统地验证了。根据大角度散射的数据，可以得出原子核半径的上限是米，这是研究原子结构的先例。这个实验推翻了J·J·汤姆逊在1903中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是相连的，在原子范围内均匀连续分布，嵌在其中的电子可以在其平衡位置轻微振动，为建立现代核理论奠定了基础。实验内容:实验理论直线运动的α、β粒子，碰到物质原子时，运动方向会发生偏转。β粒子的散射数比α粒子多，因为β粒子的动量和能量要小得多。似乎毫无疑问，如此快速运动的粒子以其原始路径穿过原子，观察到的偏转是整个原子系统中强电场的结果。一般认为，一束α或β粒子射线穿过薄物质片的散射是物质原子多次来回小散射的结果。然而，盖革和马斯登对α射线散射的观察表明，在单次碰撞中，一些α粒子会偏转超过正常角度。例如，他们发现，当穿过厚度约为0.00004厘米的金箔时，少量的入射α粒子(约20，000个中的65，438+0个)会以平均90°的角度偏转。具有这种厚度的金箔阻止α粒子的能力相当于厚度为65，438+0.6毫米的空气。盖革随后指出，穿过上述厚度的金箔的α粒子束最可能的偏转角度为0.87°基于概率论的简单计算表明，粒子偏转90°的几率非常小。另外，后面可以看到，如果这个大角度偏转是由许多小偏转组成的，那么，具有这个大角度偏转的α粒子在各种角度的分布不服从预期的概率规律。大角度偏转是由于单个原子碰撞的想法似乎是合理的，因为第二次碰撞导致大角度偏转的概率在大多数情况下是非常小的。一个简单的计算表明，原子必须有一个强电场的核心，才能在单次碰撞中产生如此大的偏转。钋元素散射的实验J. J .汤姆逊(Thomson)提出了一个理论来解释带电粒子通过非常薄的物质时的散射。他假设原子是由带n个负电荷的粒子组成的，这些粒子均匀分布在整个球体中，带相同数量的正电荷。带负电的粒子(如β粒子)通过原子时的偏转可以归结为两个原因——(1)分布在原子中的负电荷的排斥，(2)原子中正电荷的吸引。粒子穿过原子的偏转假设很小，虽然与大质量m碰撞后的平均角度是m θ？其中θ是单个原子的平均偏转。这说明原子中的电子数n可以通过观察带电离子的散射来推断。这种混合散射理论的准确性在克罗泽后来的一篇论文中得到了实验验证。克罗泽的实验结果清楚地证实了汤姆逊理论的主要结论，克罗泽基于正电荷连续的假设推导出一个原子中的电子数大约是原子重量的三倍。约瑟夫·约翰·汤姆森·j·j·汤姆逊(Thomson)理论是基于单个原子碰撞产生的散射非常小的假设。而且原子特殊结构的假设不允许α粒子在通过单个原子时发生大的偏转，除非假设带正电的球的直径与原子的直径相比是极小的。当α和β粒子穿过原子时，通过仔细研究偏转的性质，有可能形成对原子结构的一些看法，从而产生观察到的效应。事实上，物质原子对高速带电粒子的散射是解决这一问题最有希望的方法之一。对单个α粒子的闪烁计数方法的发展提供了独特的研究优势，H.Geiger通过这种方法的研究增加了很多关于物质对α射线散射的知识。实验目的卢瑟福从1909开始就做了著名的α粒子散射实验。实验的目的是为了证实唐慕孙原子模型的正确性，但实验结果却成了否定唐慕孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了核结构模型。为了考察原子的内部结构，需要找到一种可以射进原子的探针粒子，这种粒子就是天然放射性物质发出的α粒子。卢瑟福和助手用α粒子轰击金箔进行实验，如图。α粒子散射实验示意图:将少量放射性元素钋(Po)放入铅盒中，其发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束极细的射线，打在金箔上。当α粒子穿过金箔时，它们撞击荧光屏产生亮点，可以用显微镜观察到。为了避免α粒子对实验结果的影响，整个装置被放置在真空容器中，带有荧光屏的显微镜可以绕着金箔做一圈运动。实验结果实验结果表明，绝大多数的α粒子通过金箔后仍按原方向运动，但少数α粒子偏转较大，少数α粒子偏转超过90°，有的甚至几乎达到180而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。很少数量的α粒子以大角度偏转是出乎意料的。根据汤姆逊模型的计算，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度很小，因为电子的质量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它时运动方向不会发生明显变化，就像一颗飞来的子弹碰到一颗尘埃一样。正电荷均匀分布。当α粒子穿过原子时，原子两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，所以α粒子的偏转力不会很大。然而实际上，极少数的α粒子是以大角度偏转的。卢瑟福后来回忆说:“这是我一生中从未有过的最不可思议的事情。这就好比你向一张纸发射了一颗炮弹，结果反弹回来打中了自己……”卢瑟福分析了实验结果，认为只有当原子的几乎所有质量和正电荷都集中在原子中心的一小块区域时，才有可能出现α粒子的大角度散射。因此，卢瑟福在1911中提出了原子的核结构模型，认为原子的中心有一个非常小的原子核，称为原子核。原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电荷的电子在原子核外层空间围绕原子核旋转。根据这个模型，电子通过原子时对α粒子的运动影响很小，带正电荷的原子核主要影响α粒子的运动。而绝大多数的α粒子在通过原子时都远离原子核，库仑斥力很小，运动方向几乎没有变化。只有少数α粒子可能非常靠近原子核，受到较大的库仑排斥，然后会发生较大的角度偏转。根据α粒子散射实验可以估算出原子核的直径约为10-15m ~ 10-14m，原子直径约为10-10皮米，所以原子核的直径约为原子直径的十分之一，原子核的体积仅相当于。最终结论结果:大部分散射角很小，约1/8000的散射大于90°；极少数散射角等于180。结论:正电荷集中在原子中心。大部分α粒子穿透金箔:原子内空间很大，电子质量很小。少量阿尔法粒子改变路径:原子内部有一个粒子，粒子很小，带正电。很少有α粒子反弹回来:原子中的粒子尺寸很小，但质量相对较大。