α粒子散射实验及原子核模型的提出

昨天我们谈到了电子的发现，并且知道了电子的发现，说明原子是可以再分的，从而提出了汤姆孙模型（又称梅子布丁模型、枣糕模型、葡萄干布丁模型）。汤姆孙认为原子是球体，带正电的物质均匀地分布于球体内，带负电的电子一颗一颗地镶嵌在球内各处的一个个同心环上。但是卢瑟福的阿尔法粒子散射实验否定了这个模型。

α粒子散射实验又称金箔实验或卢瑟福α粒子散射实验。实验原理如下图所示。

一点八卦，这个实验本来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。

实验过程，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。为了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果，整个装置放在一个抽成真空的容器内，带有荧光屏的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上移动。

这里我们给大家补充两点，一是为什么选用阿尔法粒子？好处有两个，第一个是他的能量特别大，速度特别快，相对来说比较容易打到原子的内部，第二个是他在荧光物质上可以发光，便与观察。二是为什么选用金箔？好处也有两个，第一个是它的纯度非常高，这就消除了杂质，对实验结果的干扰，第二个是他的延展性非常好，这样同一个α粒子在运动的过程当中与它碰撞的金原子(或者金原子内部的粒子)就会很少，有时只有一个或者没有粒子碰撞，就是说观察到的现象是单次碰撞或者无碰撞的结果，避免二次碰撞的产生。这些都给理论分析带来很大的方便，减少了误差，分析结果非常接近现实

实验结果，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数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 ，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。

发生极少数α粒子的大角度偏转现象是出乎意料的。根据汤姆孙模型的计算，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的，因为电子的质量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变。卢瑟福后来回忆说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射出一发炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上……”卢瑟福对实验的结果进行了分析，在1911年提出了原子的核式结构模型，认为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。

补充一点，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）；特别要注意的是以上两个结论，并不是α粒子的散射实验的分析结论。

如果你有今日头条app，麻烦顺手点一下关注@中学物理知识传播者 ，每天都会倾情奉献一段小干货，我会继续努力的！