4-关于“a 粒子散射实验”的若干问题
α粒子散射实验实验原理
α粒子散射实验实验原理哎呀，说到α粒子散射实验，这可是个让人耳目一新的话题！大家知道吗，α粒子其实就是从一些不稳定的原子核里释放出来的小颗粒，像小飞虫一样，叮叮咚咚就飞出去了。
乍一看，可能觉得这小东西没什么特别的，可是它们在物理学里的地位可是不容小觑哦。
想当年，拉塞福就靠这个实验揭开了原子结构的神秘面纱，真的是个了不起的家伙。
说起来，实验的过程可真是有趣。
咱们得准备一些金箔，哎，不是吃的那种金箔，是超薄的金属膜，得薄到能透光的地步。
然后，把α粒子放在一边，准备好。
实验员就像个魔术师一样，把α粒子对准金箔，一声令下，α粒子就飞向金箔，哇，简直是个飞行表演啊！这时候，很多人可能会想，α粒子飞过去了，会不会就这么轻轻松松地穿过金箔呢？其实并不是哦，有的α粒子会被金箔反弹回来，有的则会被“拦住”。
这可就引发了人们对原子结构的新一轮猜想。
你想啊，很多α粒子直接撞上金箔，像个小子弹一样，结果被弹了回来，这可真是个惊喜呢！拉塞福发现，大部分α粒子都能顺利穿过金箔，但却有一小部分被反弹回来，嘿，这时候就让人好奇了，究竟发生了什么呢？原来，金箔里有个“超级巨星”——原子核，虽然小得跟蚂蚁一样，但能量可不是开玩笑的。
α粒子撞上了这个“小巨人”，就像一辆车撞到了水泥墙，势必得反弹。
想象一下，α粒子就像小孩子在游乐场里玩碰碰车，碰到了金箔里的原子核，反弹得飞起，像是被激活了一样。
这一过程让拉塞福意识到，原子并不是一团混沌，而是有着明确结构的。
哦，这可不是一般的发现，简直是原子物理学的大革命啊！拉塞福的发现让人们明白，原子里大部分地方是空的，原子核才是它的“核心”，这个结构在当时可是颠覆了大家的认知。
再说说这个实验的影响，简直可以用“波澜壮阔”来形容。
这个发现不仅让我们重新认识了原子结构，更是为后来的核物理学铺平了道路。
想象一下，如果没有这个实验，我们可能还在摸索原子是什么样子的，甚至可能在胡思乱想。
如今的核能、核武器，都是在这个实验基础上不断演进而来的。
简述卢瑟福a粒子散射实验现象和意义
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。
α粒子散射实验实验报告
0.436 0.524 0.611 0.698 0.785 0.873
13 1 0 1 0 0
10 3 1 1 1 0
4 4 2 0 0 0
8 2 1 1 0 0
10 5 0 3 0 0
9 3 1 1 0 0
10 3 1 1 0 0
2．曲线拟合
根据表 1，做出探测器探测到的粒子数 N 的平均值与散射角θ的关系； 再按照修正拟合公式（6）式进行曲线拟合，如图 2 所示。 原拟合公式
N P sin ( / 2)
4
（5）
N A
B sin ( / 2) C
4
（6）
图 2 探测到的粒子数平均数 N 与散射角θ的关系
五．结论与思考
1．结论 在一定程度上验证了α例子散射卢瑟福公式的正确性， 即N
1 sin ( / 2) 。
4
2．关于曲线拟合函数的说明
在拟合曲线的过程中，我先将θ以角度制表示，并增加 x 轴偏移量 A 弥补误差使得在θ=0 处取得最大值，得到图 3。红色线表示拟合的曲 线，发现其有一定的周期性，意识到应该使用弧度制。再次拟合得到图 4，发现在θ=0 处曲线无穷大，而理论上不该有这样的奇异性，因此我 更改了原拟合公式式（5） ，补上了常数 C 修正零点处奇异性。
count1 668 806 875 1020 1069 1149 1173 1190 1222 1295 1310 1275 1283 1248 1107 1184 939 811 723 612 514 382 277 250 164 148 85 40 40 31 20
count2 687 790 919 1002 1092 1188 1148 1225 1256 1284 1290 1264 1188 1236 1134 1103 919 882 697 622 501 381 279 225 176 108 82 43 43 29 25
α粒子散射实验 实验报告
α粒子散射实验实验报告一．实验目的1.初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半导体探测器的使用方法；2.实验验证卢瑟福散射的微分散射截面公式二．实验原理1.瞄准距离与散射角的关系视α粒子和电子均为点电荷，假设两者间作用力只有静电斥力，如图1，散射角θ，瞄准距离b ，α粒子质量为m ，入射速度为0v ，则：（1）（2）2.卢瑟福微分散射截面公式设有截面为S 的α粒子束射到厚度为t 的靶上，靶的原子数密度为n ，则α粒子散射到θ方向单位立体角内每个原子的有效散射截面为：2222244001121()() 1.296()4sin (/2)sin (/2)d Ze Z d mv E σπεθθ==Ω （3） 设实验中探测器的灵敏面积对靶所张的立体角为Δ,在某段时间内射2co t2b D θ=00πε到靶上的粒子总数为T ，则观察到的粒子数为：（4）三．实验仪器粒子源 真空室 探测器与计数系统 真空泵 四．实验数据及处理1．原始数据及处理表1 探测到的粒子数count 与散射角的关系Angle/° Angle /rad count1 count2 count3 count4 count5 N=count average count median -10-0.175 668 687 634 683 719 678 683 -9 -0.157 806 790 738 824 776 787 790 -8 -0.140 875 919 924 923 904 909 919 -7 -0.122 1020 1002 960 1032 999 1003 1002 -6 -0.105 1069 1092 1100 1075 1058 1079 1075 -5 -0.087 1149 1188 1201 1115 1149 1160 1149 -4 -0.070 1173 1148 1164 1196 1171 1170 1171 -3 -0.052 1190 1225 1225 1236 1237 1223 1225 -2 -0.035 1222 1256 1288 1283 1225 1255 1256 -1 -0.017 1295 1284 1292 1296 1278 1289 1292 0 0.000 1310 1290 1281 1264 1355 1300 1290 1 0.017 1275 1264 1299 1231 1253 1264 1264 2 0.035 1283 1188 1220 1274 1250 1243 1250 3 0.052 1248 1236 1211 1201 1257 1231 1236 4 0.070 1107 1134 1083 1116 1132 1114 1116 5 0.087 1184 1103 1150 1105 1132 1135 1132 6 0.105 939 919 932 894 934 924 932 7 0.122 811 882 757 853 837 828 837 8 0.140 723 697 729 715 715 716 715 9 0.157 612 622 627 615 610 617 615 10 0.175 514 501 541 517 501 515 514 11 0.192 382 381 412 381 405 392 382 12 0.209 277 279 310 335 294 299 294 13 0.227 250 225 227 228 163 219 227 14 0.244 164 176 160 168 179 169 168 15 0.262 148 108 127 116 135 127 127 16 0.279 85 82 65 72 78 76 78 17 0.297 40 43 33 34 45 39 40 18 0.314 40 43 33 34 45 39 40 19 0.332 31 29 28 29 22 28 29 200.349 20 25 20 14 24 21 2001()()4sin (/2)Ze nt N Tmv πεθ∆Ω=25 0.436 13 10 4 8 10 9 10 30 0.524 1 3 4 2 5 3 3 35 0.611 0 1 2 1 0 1 1 40 0.698 1 1 0 1 3 1 1 45 0.785 0 1 0 0 0 0 0 50 0.873 0 0 0 0 0 0 02．曲线拟合根据表1，做出探测器探测到的粒子数N 的平均值与散射角θ的关系； 再按照修正拟合公式（6）式进行曲线拟合，如图2所示。
α粒子散射实验相关练习题
1.人们为揭示原子结构的奥秘，经历了漫长的探究过程。
(1)如图是几位有代表性的科学家及他们提出的原子结构模型，这些模型建立的先后顺序是 (填字母序号)A.③②①B.①②③C.①③②D.③①②(2)1911年，物理学家卢瑟福用一束带正电的、质量比电子大得多的高速a粒子轰击金箔，发现:多数a粒子穿过金箔后仍保持原来的运动方向，少数a粒子发生了较大角度的偏转，极少数a粒子被反弹。
图1 图2①当a粒子轰击金箔时，如图中四条运动轨迹不可能出现的是_____ ( 填字母序号)。
②卢瑟福根据实验现象推测:原子中心有一个很小的结构(原子核),原子核具有如下特点:、、。
(3) 1934年，意大利科学家费米用中子轰击铀235原子(质子数为92，相对原子质量是235，元素符号为U)，得到了一种质量增加的原子。
他公开宣布发现了93号元素(质子数为93的元素)，被科学界认可并获得了诺贝尔物理学奖。
1938 年，德国科学家哈恩重复费米的实验后，发现实验中得到的是56号钡元素，并用如图模型定义这一变化。
费米知道后，立即重复了实验，坦率地检讨并纠正了错误。
①U-235原子中，中子数是。
②上述变化是不是化学变化，理由是。
(4)分析原子结构及原子的发现历程，以下观点正确的是，A.科学模型的建立是一个不断完善、修正的过程B.模型是-种重要的方法，人类借助模型构建，对原子的认识逐渐接近本质C.科学结论的得出要依据客观事实，面对前人的观点要敢于质疑D.科学理论的发展过程是发现并改正前人错误认识的过程2.科学理论在传承中不断发展，科学家们传承前人的正确观点，纠正错误观点，形成科学理论。
(1)汤姆森发现了电子，他根据原子为电中性，推测。
①汤姆森之前，科学家对原子的认识是原子是构成物质的最小粒子，不可再分。
1897年，汤姆森在实验中发现所有原子都能释放出一种带负电的粒子，这种粒子就是______。
如果你在当时的实验现场，根据这一实验结果，你推理获得的结论有____________________。
卢瑟福的a粒子散射实验结论原理计算
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粒子散射实验现象
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。
α粒子散射实验应该搞清楚的几个问题
实验原理简述
卢瑟福模型
基于卢瑟福的原子核模型，即原 子的大部分质量集中在中心的原 子核，电子绕核旋转。通过α粒 子散射实验，可以进一步验证该
模型的正确性。
散射截面
根据散射截面公式，可以定量描 述α粒子与靶原子核的相互作用 几率，进一步推导原子核的大小
和结构。
提高设备精度
通过改进实验设备，如 提高角度分辨率、提升 粒子检测器效率，可以 减小实验误差，提高数 据精度，从而更准确地
解析原子内部结构。
增加α粒子数量
通过增加实验中使用的 α粒子数量，可以降低 统计误差，提高实验的 可靠性和精度。同时， 更多的数据可以提高对 原子内部结构的理解深
度。
改进数据分析方法
研究原子核的性质
通过分析α粒子散射的数据，可以进一步研究原子核的大小、电荷 分布等性质，加深对原子内部结构的理解。
02
CATALOGUE
实验原理与装置
α粒子的性质
电荷与质量
α粒子带有两个正电荷，质量约为 质子的四倍，因此其具有很强的 穿透能力。
稳定性
α粒子是一种不稳定的核素，通过 放射性衰变产生，其本身的稳定性 也是研究原子核结构的重要线索。
数据分析方法
通过收集大量的散射数据，并进 行统计分析，可以得到α粒子散 射的角度分布、能量损失等信息 ，从中提取原子核的结构信息。
03
CATALOGUE
实验结果与分析
α粒子散射的分布情况
散射角度分布
在α粒子散射实验中，观察α粒子在不同角度上的散射分布情况是关键。通常， 散射角度是通过测量α粒子与靶核相互作用后的偏转角度来确定的。
03
统计误差
a粒子散射实验现象解释
a粒子散射实验现象解释
1. 嘿，你知道吗？a 粒子散射实验里，为啥大部分 a 粒子能直直地穿过金箔呢？就好像你在空旷的广场上走路，畅通无阻呀！这就是因为原子内部大部分空间都是空空的呀！
2. 哎呀呀，那为啥又有少数 a 粒子会发生大角度偏转呢？这就好比你走路突然碰到一堵墙，不得不改变方向啦！说明原子里有个带正电的原子核在那呢！
3. 嘿，想没想过为啥会有极少数 a 粒子反弹回来呢？这不就跟你一头撞到坚硬的石头上反弹回来一样嘛！这意味着原子核的质量很大呀！
4. 你说神奇不神奇，a 粒子散射实验现象就这么清楚地揭示了原子的结构！就像我们通过拼图碎片看清一幅画一样！
5. 哇塞，a 粒子散射实验现象真的是太有意思了！那些粒子的行为，不就跟我们在复杂世界里的闯荡一样吗？有时候顺利，有时候碰壁！
6. 难道你不觉得 a 粒子散射实验现象是个超级神奇的发现吗？就如同在黑暗中突然点亮了一盏明灯，让我们看清了原子的模样！
7. 你仔细想想，a 粒子散射实验现象的解释是不是特别精妙？好比是解开了一个神秘的密码锁！
8. 嘿呀，a 粒子散射实验现象的这些解释，是不是让你恍然大悟呢？就好像原本模糊的画面一下子清晰了起来！
9. 哇哦，a 粒子散射实验现象解释真的是让人大开眼界呀！这不就是科学的魅力所在吗？
10. 总之，a 粒子散射实验现象的解释就是这么牛！让我们对微观世界有了更深的认识！。
a粒子的散射实验
a粒子的散射实验根据汤姆生模型计算的结果，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的。
因为电子的质量很小，不到α粒子的七千分之一，α粒子碰a粒子的散射实验根据汤姆生模型计算的结果，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的。
因为电子的质量很小，不到α粒子的七千分之一，α粒子碰到它，运动方向不会有明显的改变；正电荷又是均匀分布的，α粒子穿过原子时，受到原子内部正电荷的斥力大部分相互抵消，使α粒子的偏转力不会很大。
汤姆生预言的α粒子散射卢瑟福演示的α粒子散射然而实验却得到了出乎意料的结果，绝大多数α粒子穿过金箔仍沿着原方向前进，少数α粒子却发生了大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角度超过900，有的甚至被弹回，偏角几乎达1800。
卢瑟福认为：产生粒子的大角度散射现象，需要很强的相互作用力，否则大角度散射是不可能。
为了解释这个实验结果，卢瑟福对粒子散射现象进行反复的验证和研究。
始终把实验看作高于一切的卢瑟福认为，也许汤姆生的原子结构模型有问题。
于是一个伟大的设想就开始产生了。
假如你仍然是当时的一位科学家，面对a粒子的散射实验的结果，你对原子的结构作什么样的进一步猜测？你又会提出什么问题呢到它，运动方向不会有明显的改变；正电荷又是均匀分布的，α粒子穿过原子时，受到原子内部正电荷的斥力大部分相互抵消，使α粒子的偏转力不会很大。
汤姆生预言的α粒子散射卢瑟福演示的α粒子散射然而实验却得到了出乎意料的结果，绝大多数α粒子穿过金箔仍沿着原方向前进，少数α粒子却发生了大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角度超过900，有的甚至被弹回，偏角几乎达1800。
卢瑟福认为：产生粒子的大角度散射现象，需要很强的相互作用力，否则大角度散射是不可能。
为了解释这个实验结果，卢瑟福对粒子散射现象进行反复的验证和研究。
始终把实验看作高于一切的卢瑟福认为，也许汤姆生的原子结构模型有问题。
于是一个伟大的设想就开始产生了。
假如你仍然是当时的一位科学家，面对a粒子的散射实验的结果，你对原子的结构作什么样的进一步猜测？你又会提出什么问题呢。
卢瑟福的a粒子散射实验现象及结论
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。
根据α粒子散射实验的现象
放射性物质在自然界中广泛存在， 如铀矿、钍矿等，同时也用于医
学、工业和科学研究等领域。
α粒子的产生
放射性物质通过衰变过程释放出α粒子，衰变过程中原子核释放出一个或多个α粒子。
α粒子是由两个中子和两个质子结合在一起形成的氦原子核，具有较大的质量和电荷。
α粒子的速度相对较慢，通常在空气中只能飞行几厘米至几十厘米，但在某些情况下 可以穿透较薄的物质。
实验结果分析
散射结果的统计
01
02
03
Hale Waihona Puke 散射角度分布观察到α粒子散射的角度 分布，角度越大，散射越 强。
散射次数统计
对多次散射的次数进行统 计，发现散射次数与散射 角度有一定的关联。
散射能量分布
分析散射过程中能量的分 布情况，有助于了解散射 机制。
散射结果的解释
波动性解释
根据德布罗意波理论，粒 子具有波动性，散射是波 的干涉现象。
原子结构的研究对生物学领域产生 了影响，例如在分子生物学和遗传 学方面的研究。
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散射角度的分布
大部分α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进
这是因为金箔中的原子核密度较高，大部分α粒子在穿过金箔时只受到微弱的库仑力作用， 因此运动方向基本不变。
小部分α粒子会发生较大的偏转
这是由于金箔中的原子核密度较高，部分α粒子在穿过金箔时会受到较强的库仑力作用，导 致其运动方向发生较大的偏转。
极少数α粒子被反弹回来
根据α粒子散射实验 的现象
• α粒子的发射源 • α粒子的散射过程 • 实验结果分析 • α粒子散射实验的意义
目录
01
α粒子的发射源
放射性物质
放射性物质是一种能够自发地放 出射线的天然或人工元素，常见 的放射性物质包括铀、钚、铯等。
α粒子散射实验应该搞清楚的几个问题
汇报人： 2023-12-26
目录
• α粒子的性质 • 实验装置与操作 • 实验结果分析 • 实验结论与意义 • 实验的拓展与应用
01
α粒子的性质
α粒子的定义
01
α粒子通常指氦原子核，由两个质 子和两个中子组成，带两个单位 的正电荷。
02
它通常是从放射性物质中释放出 来的，是放射性衰变的一种产物 。
实验的局限性
α粒子散射实验的结论仅适用于较轻的原子，对于较重的 原子，由于电子的遮蔽效应，实验结果可能不准确。
该实验无法直接观察到原子核内部的更精细结构，如质子 和中子的分布情况。
05
实验的拓展与应用
实验在其他领域的应用
医学领域
利用α粒子散射实验原理，可以研究 放射性药物在体内的分布和代谢情况 ，为肿瘤治疗提供更精确的方案。
核能利用
在核能领域，α粒子散射实验可用于 研究核反应堆的运行状态和燃料棒的 寿命预测。
环境监测
通过测量大气中放射性粒子的散射系 数，可以评估空气质量，为环境保护 提供数据支持。
实验的改进与优化建议
设备升级
采用更先进的探测器和测量系统，提高实验的精 度和可靠性。
实验条件优化
通过调整实验参数，如粒子能量、散射角度等， 以获得更准确的结果。
由于使用了放射性物质， 因此实验应在专业人员的 指导下进行，并采取必要 的安全措施。
实验精度
为了获得更准确的结果， 应尽量减小误差，例如确 保显微镜和荧光屏的位置 稳定。
实验环境
保持实验室整洁，避免灰 尘等杂质干扰实验结果。
03
实验结果分析
α粒子散射的规律
散射分布规律
在α粒子散射实验中，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度，有的甚至几 乎达到180度。
在α粒子散射试验中
散射角与散射力的关系
散射角越大，散射力越强
散射现象的应用
当α粒子与物质原子发生碰撞时，如 果散射角越大，说明物质原子对α粒 子的作用力越大，即散射力越强。
在科学研究、工业生产和医学诊断等 领域，散射现象有着广泛的应用，如 X射线、超声波等。
散射角与物质性质有关
不同的物质对α粒子的散射角不同， 因此可以通过测量散射角来研究物质 的性质。
对其他学科的启示和应用
推动了化学学科的发展
01
原子结构理论的发展对化学学科产生了深远影响，使得人们能
够更好地理解分子结构和化学反应的本质。
促进了生物学的研究
02
原子结构理论的发展对生物学领域的研究产生了积极影响，例
如在研究生物大分子的结构和功能方面发挥了重要作用。
对材料科学的影响
03
基于原子结构理论，人们可以设计和制备具有特定性能的材料，
α粒子散射实验的结
04
果分析
散射数据的分析
散射角度的测量
通过精确测量α粒子散射的角度， 可以获取散射数据。这些数据反 映了粒子与原子核相互作用的情 况。
散射强度的分析
散射强度与原子核的电荷分布有关， 通过对散射强度的分析，可以推断 出原子核的电荷分布情况。
散射模式的识别
通过观察散射模式，可以判断出原 子核的结构特征，例如是否有核力 场、核力场的对称性等。
1 2 3
推动了量子力学的发展
实验结果无法用经典物理学解释，促使科学家们 发展出了量子力学理论来描述微观世界的规律。
促进了放射性研究的开展
实验中发现了α粒子本身也是放射性粒子，从而 开启了放射性研究的新领域，推动了核物理学的 发展。
启发了其他科学领域的研究
α粒子散射实验报告含思考题
成绩西安交通大学实验报告第1页（共7页）课程：_______近代物理实验_______实 验 日 期 ： 年 月日专业班号___ ___组别_______ 交报告日期： 年 月 日姓 名__Bigger__学号_ _ 报 告 退 发 ： （订正、重做） 同 组 者___ ________ 教师审批签字：实验名称：α粒子散射一、 实验目的1) 初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半导体探测器的使用方法。
2) 实验验证瑟福散射的微分散射截面公式。
3) 测量α粒子在空气中的射程。
二、 实验仪器粒子源，真空室，探测器与计数系统，真空泵三、 实验原理 1． α粒子散射理论 （1）库仑散射偏转角公式可以证明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：设E Ze a 0242πε=，则a b ctg 22=θ，这就是库仑散射偏转角公式。
（2）卢瑟福散射公式在上述库仑散射偏转公式中有一个实验中无法测量的参数b ，因此必须设法寻找一个可测量的量代替参数b 的测量。
经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面公式0d ()d 1d d n n N t σθ=⋅ΩΩ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。
最终得到222400d ()d 121d d 44sin 2n Ze nN t E σθθπε⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪ΩΩ⎝⎭⎝⎭ 这就是著名的卢瑟福散射公式。
代入各常数值，以E 代表入射α粒子的能量，得到公式：24d 211.296d sin 2Z E σθ⎛⎫= ⎪Ω⎛⎫⎝⎭⎪⎝⎭其中，d d σΩ的单位为sr mb /，E 的单位为MeV 。
2． 卢瑟福理论的实验验证方法对卢瑟福散射公式，可以从以下几个方面加以验证。
（1） 固定散射角，改变金靶的厚度，验证散射计数率与靶厚度的线性关系t N ∝。
对粒子散射实验的探讨
对α粒子散射实验的探讨山东泰安 许其宝一、关于α粒子α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的粒子，带两个单位正电荷，质量为氢原子的4倍实际是氦原子核，射出时的速度的为光速的1/10，α粒子的电离作用很强，因此在空气中只能前进几厘米。
另外，由于α粒子射出速度大，具有足够的能量，α粒子还能使荧光物质发光。
二、为什么用α粒子散射实验研究原子结构原子结构无法直接观察到，要用高速离子进行轰击，根据粒子的散射情况分析判断原子的结构，而α粒子有足够能量，可以穿过原子，并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况，所以选取α粒子进行散射实验。
三、为什么α粒子散射实验用金箔？其它金属能行吗？要准确了解α粒子与靶原子间的单个原子作用，应把靶做得越弱越好，否则，将多次碰撞将掩盖单次作用产生的现象。
而金的优点是：延展性好，易被拉成薄片，还有其原子序数大，α粒子与金核间的库仑力大，发生偏转时明显，所以选金做α粒子散射实验。
除金外，还可以用银、铂等重金属，但不能用铝等轻金属。
四、还应注意的是α粒子散射实验的装置一定要抽成真空，原因主要是由于α粒子的电离作用，若在空气中由于电离α粒子只能前进几厘米。
五、关于α粒子散射的实验结论与核式结构模型。
1、 绝大多数α粒子没有明显偏转，说明原子内部绝大部分是空的，原因是金箔厚度大约1μm ，金原子直径大约3×10－10m ，相当于三千多金原子的厚度，而绝大多数α粒子不偏转说明这些α粒子受金原子的作用力很小，故金原子内部绝大部分是空的。
2、 极少数α粒子发生大角度偏转，有的甚至偏转角达180°。
说明带正电的物质集中在体积很小的范围内，叫原子核。
因为电子质量是α粒子质量的1/7300倍，对α粒子的偏转几乎没有影响，与电子正碰也不会被反弹，只能是带正电的物质对极少数α粒子的影响，发生反弹的是α粒子与正电物质的正碰，故带正电物质体积很小，称为原子核。
原子核式结构模型与地球卫星山东泰安 田伟卢瑟福核式结构模型是研究了α粒子散射实验的结论，结合行星绕太阳运转的规律提出的，玻尔在原子核式结构的基础上提出了三个基本假设，即玻尔理论，建立了玻尔原子模型，在学习中可以把原子模型和行星绕太阳运转，卫星绕地球运转结合起来，找到它们的异同，从而起到加深理解、促进记忆的作用。
有关α粒子散射试验
卢瑟福(1871～1937年)
1871年8月 30日生于新西兰 杰出贡献
1899年命名α射线、β射线； 发现放射性元素“钍”； 1902年提出原子自然蜕变理 论； 1911年提出原子的核式结构模型； 1919年发现质子，预言中子。
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
α粒子散射实验
原子结构的葡萄干布丁模型能否解释？
（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子 碰撞后造成的？ （2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或 穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？ （3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有 可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？
α粒子散射实验 现象
1、绝大多数α 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进． 2、少数α 粒子（约八千分之一）发生了较大的偏转．
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
α粒子散射实验
请预测α 粒子可能的运动情况？
根据汤姆孙原子模型：
1、电子质量很小，对α 粒子的运动方向不会
发生明显影响；
2、由于正电荷均匀分布，α 粒子所受库仑力
C A B+
A α粒子在A处的速率比在B处 的速率小；
B α粒子在B处的速率最大； C α粒子在A、C处的速度相同； D α粒子在B处的速率比在C处
的速率小。
•效果检测
4、当α粒子被重核散射时，如图所示的运动 轨迹哪些是不可能存在的？
答案：BC
汤姆生(Joseph John Thomson,1856～1940年)
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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。
2.2对实验现象的解释
首先，由于α粒子的质量是电子质量的7000多倍，电子是不可能使α粒子发生大角度偏转的；其次，若原子中带正电的物质按照汤姆生的原子模型均匀分布，那么在α粒子穿过原子时，其散射的情况对所有的α粒子来说应大致相同，因为均匀分布在α粒子两侧的带正电的物质对α粒子的库仑斥力大部分将会相互抵消，因而不可能使α粒子获得较大的偏转力。
而“绝大多数”、“少数”和所谓的“极少数”这三部分α粒子在散射过程中的行为的差异，则充分地说明原子中的那部分带正电的物质必须高度地集中在一个很小的区域内，即原子应具有核式结构的特征。
3、卢瑟福记录和统计α粒子散射数据的方法简介
3.1记录和统计α粒子散射数据的困难分析
在α粒子散射实验中，卢瑟福是采用“闪烁法”来观测α粒子的散射情况的。
但在实际的观测中，要想把打在硫化锌屏上的α粒子所引起的闪烁一个不漏地精确地统计出来，并不是一件轻而易举的事情。
造成困难的因素主要有：（1）单位时间内α粒子打到屏上引起的闪烁次数太多（每分钟可多达90至100次）；（2）α粒子依次打到屏上引起闪烁的时间间隔的不确定所造成的计数节奏的变化影响到计数的准确性。
3.2记录和统计α粒子散射数据的具体做法
卢瑟福采用的具体做法包括：（1）训练和挑选优秀的观测者。
卢瑟福让他的研究生先跟查德威克从事6周关于α粒子散射实验及观测的训练课，然后挑选出眼睛好、能在紧张的工作中集中注意力并保持宁静的优秀的观测者；（2）观测前对观测者作必要的心理、生理的调节。
观测工作一般被安排在固定的时间内进行，每周两次，从下午4点到6点，观测者进入光线微弱的实验室后的第一件事情是品茶聊天，放松情绪，并让眼睛适应观测环境；（3）利用观测者间的差异来提高对闪烁数的统计精度。
让两个人同时观测一个硫化锌屏，由于两个人的观测效率（统计数与实际闪烁数之比）各异，分别为1η和2η，于是，计数时有两个人用按电键的方式传来的信号就有三种，分别统计出从第一个观测者传来的计数n 1，从第二个观测者传来的计数n 2和从两个观测者同时传来的计数n 12，它们分别为
n n 11η=
n n 22η=
n n 2112ηη=
由此可以得到实际闪烁数为
12
21n n n n = 这样的方法使得观测的精度大大地提高。
卢瑟福正是在这种方法下所获得的精确数据的基础上，做出了原子核式结构的论断。
参考文献
1、 岳燕宁、朱建廉 《名师辅导·物理》 南京：东南大学出版社音像出版部。
2、 郭奕玲、沈慧君 《科学家的道路》 北京：人民教育出版社。
——发表于《物理教师》1999年第1期。