教具粒子散射实验报告

一、实验背景
粒子散射实验是原子物理学中的一个重要实验，由英国物理学家卢瑟福及其助手在1909年完成。

该实验旨在探究原子内部结构，特别是原子核的存在和性质。

通过
观察α粒子与金属箔的相互作用，实验揭示了原子核的存在，推翻了汤姆孙的
“布丁模型”，并奠定了现代原子核理论的基础。

二、实验目的
1. 观察α粒子散射现象，验证原子核的存在。

2. 理解原子核的大小、质量和电荷分布。

3. 掌握粒子散射实验的基本原理和操作方法。

三、实验原理
α粒子是带正电的粒子，其质量远大于电子。

在实验中，α粒子被加速后射向金
属箔，与箔中的原子核发生相互作用。

根据经典电磁理论，α粒子与原子核的相
互作用可以看作是带电粒子之间的库仑力作用。

当α粒子与原子核发生碰撞时，
其运动方向会发生改变，即发生散射。

根据散射角度和散射概率，可以推算出原子核的大小、质量和电荷分布。

实验中常用的散射公式为：
\[ \theta = \frac{2Z^2e^4}{4\pi^2\epsilon_0^2m_αv^2a^2} \]
其中，θ为散射角度，Z为原子核的电荷数，e为电子电荷，ε0为真空介电常数，mα为α粒子的质量，v为α粒子的速度，a为原子核的半径。

四、实验器材
1. α粒子源：用于产生α粒子。

2. 金属箔：用于观察α粒子的散射现象。

3. 粒子探测器：用于记录α粒子的散射角度和数量。

4. 计算机软件：用于数据处理和分析。

五、实验步骤
1. 将α粒子源放置在实验装置中，调整实验参数。

2. 将金属箔放置在α粒子源前方，调整金属箔的位置和角度。

3. 启动实验，观察α粒子的散射现象，记录散射角度和数量。

4. 重复实验，改变金属箔的位置和角度，观察散射现象的变化。

5. 使用计算机软件对实验数据进行处理和分析。

六、实验结果与分析
1. α粒子散射现象：实验观察到，绝大多数α粒子穿过金属箔后仍沿原来的方
向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，甚至有极少数α粒子被反弹回来。

这表明金属箔中存在一个带正电的核，α粒子与核发生相互作用后发生散射。

2. 原子核的大小：通过测量α粒子的散射角度，可以推算出原子核的大小。

实验结果显示，原子核的半径约为10^-15米，远小于原子半径。

3. 原子核的质量：实验结果显示，α粒子的散射角度与原子核的质量成正比。

这
表明原子核的质量主要集中在核内，电子对α粒子的散射作用很小。

4. 原子核的电荷分布：实验结果显示，α粒子的散射角度与原子核的电荷数成正比。

这表明原子核的电荷集中在核内，而不是均匀分布在整个原子中。

七、实验结论
1. 原子核的存在：实验结果表明，金属箔中存在一个带正电的核，α粒子与核发
生相互作用后发生散射。

2. 原子核的大小、质量和电荷分布：实验结果显示，原子核的半径约为10^-15米，质量主要集中在核内，电荷集中在核内。

八、实验总结
粒子散射实验是原子物理学中的一个重要实验，通过观察α粒子与金属箔的相互
作用，揭示了原子核的存在和性质。

实验结果表明，原子核是带正电的，其大小、质量和电荷分布对α粒子的散射有重要影响。

该实验为现代原子核理论的发展奠
定了基础。