卢瑟福散射实验报告
卢瑟福散射实验 (16)
卢瑟福散射实验（实验报告）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，但偶然有大约1/800α粒子发生散射角大于900。
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。
一、实验目的：通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论；并学习应用散射实验研究物质结构的方法。
二、实验原理：现从卢瑟福核式模型出发，先求α粒子散射中的偏转角公式，再求α粒子散射公式。
1．α粒子散射理论（1）库仑散射偏转角公式设原子核的质量为M，具有正电荷+Ze，并处于点O，而质量为m，能量为E，电荷为2e的α粒子以速度ν入射，在原子核的质量比α粒子的质量大得多的情况下，可以认为前者不会被推动，α粒子则受库仑力的作用而改变了运动的方向，偏转θ角，如图3.3-1所示。
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。
2023年RBS实验报告
卢瑟福背散射（RBS）试验汇报何燃核科学与技术学院一、试验目旳1、掌握RBS分析原理，理解试验装置；2、初步掌握RBS旳分析措施。
二、试验原理当入射离子能量远不小于靶中原子旳结合能(~10ev量级),并低于与靶原子发生核反应旳能量(一般100kev/amu ≤E ≤1Mev/amu)时,离子在固体中沿直线运动,入射离子重要通过与电子互相作用而损失能量,直到与原子核发生库仑碰撞被散射后又沿直线回到表面.在这个背散射过程中包括四个基本物理概念.它们是:a)两体弹性碰撞旳运动学因子Kb)微分散射截面σc)固体旳制止截面εd)能量歧离这四个基本概念是背散射分析旳理论基础和应用旳出发点也是限制其应用旳最终原因.RBS旳分析原理详细来说如下：1、运动学因子和质量辨别率1）运动学因子旳定义：K=E1/E0，其中E0是入射粒子能量（动能），E1是散射粒子能量（动能）。
由于库伦散射是弹性散射，动量和能量守恒可以得到由运动学因子公式可以看出：当入射离子种类（m），能量（E0）和探测角度（θ）一定期，E1与M成单值函数关系。
图1 入射粒子与靶原之间旳弹性碰撞示意图因此，通过测量一定角度散射离子旳能量就可以确定靶原子旳质量数M。
这就是背散射定性分析靶元素种类旳基本原理。
2）质量辨别率旳定义如δE是RBS探测器系统旳能量辨别率，也就是可辨别旳背散射离子最小旳能量差异。
那么RBS旳质量辨别率δM为：δM是对样品中靶核质量差异旳辨别能力。
当一靶核质量数与另一靶核质量数M旳差异不不小于δM时RBS无法将这两种元素辨别开。
3）提高背散射质量辨别率旳措施有：a)提高入射离子能量，但入射离子能量过高会使入射离子和靶原子发生核反应。
故不适宜过高。
b)通过提高离子探测系统旳能量辨别率，可采用静电分析器或飞行时间技术。
c)试验安排上要使θ尽量靠近180度。
d)运用大质量旳入射离子。
但金硅面垒探测器对重离子能量辨别率较差，因此M1一般选4~7。
卢瑟福散射_实验报告
一、实验目的1. 验证卢瑟福散射理论，理解原子核式结构模型；2. 掌握实验装置的使用方法，学会数据处理和误差分析；3. 培养科学实验技能和团队协作能力。
二、实验原理卢瑟福散射实验是通过α粒子轰击金箔，观察α粒子在金箔后的散射情况，从而验证原子核式结构模型。
根据卢瑟福散射理论，当α粒子穿过原子时，只有当α粒子与原子核的距离小于某一特定值时，α粒子才会发生散射。
该特定值与原子核的半径有关，即r = (ke^2)/(p^2)，其中k为库仑常数，e为电子电荷，p为α粒子的动量。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：卢瑟福散射实验装置、α粒子源、金箔、计数器、显微镜、计算机等；2. 实验材料：金箔、α粒子源、电源、真空泵等。
四、实验步骤1. 安装实验装置，确保所有仪器连接正确；2. 将金箔固定在实验装置上，调整显微镜位置，使其与金箔垂直；3. 打开α粒子源，调整电流，使α粒子流稳定；4. 打开计数器，记录α粒子在金箔后的散射情况；5. 调整显微镜位置，观察不同角度的散射情况，记录散射角度及计数；6. 重复步骤4和5，记录多组数据；7. 关闭α粒子源，关闭电源，整理实验器材。
五、实验数据与处理1. 记录实验数据，包括散射角度、计数等；2. 利用计算机软件处理数据，计算散射角度与计数的关系；3. 对比实验数据与理论计算值，分析误差来源。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，偏转角度很小；2. 少数α粒子发生了较大的偏转，偏转角度超过90度；3. 极少数α粒子的偏转角度超过180度，甚至被反弹回来。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 原子内部存在一个带正电的核，核的半径远小于原子半径；2. 原子核的质量远大于电子的质量；3. 原子核的正电荷集中在原子内部，电子围绕原子核运动。
七、误差分析1. α粒子源电流不稳定，导致α粒子流不稳定；2. 金箔厚度不均匀，导致α粒子散射角度不准确；3. 实验装置存在一定误差，如显微镜的读数误差等；4. 数据处理过程中存在舍入误差。
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 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。
三级大物实验报告-卢瑟福散射实验
实验题目：卢瑟福散射实验实验目的：通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论；并学习应用散射实验研究物质结构的方法。
实验原理: α粒子散射理论（1）库仑散射偏转角公式设原子核的质量为M ，具有正电荷+Ze ，并处于点O ，而质量为m ，能量为E ，电荷为2e 的α粒子以速度ν入射，当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。
设α粒子最初的的动能和角动量分别为E 和L ，由能量和动量守恒定律可知：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⋅=∙∙222202241ϕπεr r m r Ze E （1） L b m mr ==∙∙νϕ2 （2） 由（1）式和（2）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：202242Ze Eb ctg πεθ= （3） 设EZe a 0242πε=，则a b ctg 22=θ （4） 设靶是一个很薄的箔，厚度为t ，面积为s ，则图3.3-1中的db ds π2=，一个α粒子被一个靶原子散射到θ方向、θθd -范围内的几率,也就是α粒子打在环ds 上的概率,即θθθππd s a sdb b s ds 2sin 82cos2232== (5) 若用立体角Ωd 表示,由于θθθπθθπd d d 2cos 2sin 42sin2==Ω则 有θθd s d a s ds 2sin 1642Ω= (6)为求得实际的散射的α粒子数，以便与实验进行比较，还必须考虑靶上的原子数和入射的α粒子数。
由于薄箔有许多原子核,每一个原子核对应一个这样的环,若各个原子核互不遮挡,设单位体积内原子数为0N ,则体积st 内原子数为st N 0，α粒子打在这些环上的散射角均为θ，因此一个α粒子打在薄箔上，散射到θ方向且在Ωd 内的概率为s t N sds ⋅0。
若单位时间有n 个α粒子垂直入射到薄箔上，则单位时间内θ方向且在Ωd 立体角内测得的α粒子为：2sin 42414220200θπεΩ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=d E Ze t nN s t N s ds n dn （7） 经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面Ω⋅=Ωtd N n dn d d 01)(θσ 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。
卢瑟福实验研究报告
卢瑟福实验研究报告卢瑟福实验研究报告卢瑟福实验是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年进行的一项重要实验，该实验验证了汤姆逊提出的原子模型，并揭示了原子核的存在。
本文将对卢瑟福实验的设计、过程和结果进行详细介绍。
实验的目的是通过对α粒子在金箔中的散射观察，来研究原子结构。
实验装置主要由放射性源、金箔靶和照相底片组成。
放射性α粒子源产生大量高速α粒子，经过束缚板的聚束，射向金箔靶。
照相底片放在金箔周围，用于记录α粒子的路径。
实验过程如下：将放射性α粒子源放在束缚板后，调整粒子束的方向，使其正好射向金箔。
然后观察和记录α粒子在金箔中的散射情况，包括散射角度、位置和数量等。
实验结果显示，绝大部分的α粒子直线穿过金箔，但也有一小部分α粒子发生明显的偏转，甚至与束缚板的方向相反。
通过对散射情况进行统计和分析，卢瑟福得出了如下结论：1. 原子是由一个微小且带正电的核心组成，核心的半径远小于原子的直径。
2. 原子核带有正电荷，它是导致α粒子发生偏转的主要原因。
3. 原子核周围存在一层带负电的电子云，用以平衡整个原子的电中性。
这些结论与汤姆逊的原子模型相悖，他提出的原子模型认为整个原子是一个均匀分布的正电荷球体，电子均匀地分布在其中。
卢瑟福的实验揭示了原子内部存在着一个微小且带正电的核心，这一发现对后来的原子理论发展起到了重要的推动作用。
卢瑟福实验的成功对物理学领域有着重大的影响。
首先，它揭示了原子中存在原子核的事实，为后来的核物理学奠定了基础。
其次，它为构建更精确的原子模型提供了理论和实验依据，促进了原子物理学的进一步发展。
最后，卢瑟福的研究方法和实验技术也为后来的科学研究提供了参考和借鉴。
总之，卢瑟福实验通过对α粒子在金箔中的散射观察，验证了汤姆逊的原子模型是错误的，并揭示了原子结构中存在微小且带正电的核心。
这一重大发现对原子物理学的发展和原子模型的改进产生了深远影响。
大角度散射实验报告
一、实验目的本次实验旨在验证卢瑟福提出的原子核式结构模型，通过观察α粒子在轰击金箔时的大角度散射现象，探究原子内部结构的分布情况。
二、实验原理根据卢瑟福的原子核式结构模型，原子由一个带正电的原子核和围绕原子核运动的电子组成。
当α粒子（带正电的氦核）以一定速度轰击金箔时，若α粒子与原子核发生相互作用，则会受到原子核的库仑斥力，导致其运动方向发生改变。
若α粒子与电子发生相互作用，由于电子质量远小于α粒子，其影响相对较小，因此α粒子的散射角度较小。
通过观察α粒子的散射情况，可以推断出原子内部结构的分布。
三、实验器材1. α粒子源2. 金箔3. 乳胶片4. X光片5. 镜子6. 计算器7. 数据记录表格四、实验步骤1. 将金箔固定在实验装置上，调整金箔与α粒子源之间的距离。
2. 打开α粒子源，使α粒子轰击金箔。
3. 将乳胶片放置在金箔下方，记录α粒子轰击后的散射情况。
4. 通过镜子观察X光片上的α粒子散射轨迹，并记录散射角度。
5. 重复实验，改变金箔与α粒子源之间的距离，观察散射情况。
6. 对实验数据进行整理和分析。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，当α粒子轰击金箔时，大部分α粒子穿过金箔，只有少数α粒子发生大角度散射。
2. 随着金箔与α粒子源之间距离的增加，α粒子的散射角度逐渐减小。
3. 当α粒子与原子核发生相互作用时，其运动方向发生改变，导致散射角度增大。
4. 通过分析实验数据，可以得出以下结论：- 原子核的质量远大于电子，因此α粒子与原子核发生相互作用的可能性较大。
- 原子核的半径较小，导致α粒子与原子核发生相互作用的距离较短，散射角度较小。
- α粒子发生大角度散射的主要原因是原子核的库仑斥力。
六、实验结论通过本次实验，我们验证了卢瑟福提出的原子核式结构模型，并得出以下结论：1. 原子由一个带正电的原子核和围绕原子核运动的电子组成。
2. α粒子发生大角度散射的主要原因是原子核的库仑斥力。
3. 原子核的质量远大于电子，且半径较小，导致α粒子与原子核发生相互作用的可能性较大，但散射角度较小。
卢瑟福散射实验报告
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α粒子散射实验结论
卢瑟福的α粒子散射实验结论1. 实验背景说起卢瑟福，那可真是个了不起的科学家，咱们今天要聊的就是他那经典的α粒子散射实验。
大约在1911年，这位大名鼎鼎的物理学家在研究原子结构时，做了个大胆的实验。
想象一下，那个时候，科学界对原子内部的构造可谓是一头雾水，搞得像是在摸黑走路。
卢瑟福和他的团队决定用α粒子，也就是一种带正电的粒子，来探探原子里到底藏了些什么东西。
真是敢为人先啊！实验的过程其实挺简单的。
他们把α粒子从放射性元素发射出来，然后让这些粒子撞击一层极薄的金箔。
金箔薄得就像是纸一样，几乎可以用手指捅破。
接着，卢瑟福用荧光屏观察这些α粒子是怎么散射的。
这里面可有不少戏剧性的时刻，就像一场精彩的表演。
2. 实验结果2.1 意外的发现好吧，结果真是让人瞠目结舌！大部分的α粒子都是笔直穿过金箔的，仿佛金箔根本就不存在。
但有一小部分的粒子却偏偏改变了方向，有的甚至反弹回来，简直像是看见了鬼。
卢瑟福当时一定觉得，哎呀，怎么回事呢？难道原子内部隐藏着什么秘密？这可真是让人百思不得其解。
2.2 原子模型的重构经过一番深入思考，卢瑟福得出一个惊人的结论：原子并不是一团糟的“梅花”，而是有着明确结构的。
他提出，原子里有一个非常小且密集的“原子核”，而α粒子反弹就是因为碰到了这个“核”。
这个核是正电的，周围则是负电的电子在转啊转，真是一个小宇宙！这不禁让人想起一句话：外表光鲜，内里却是别有洞天。
3. 实验的意义3.1 对科学界的影响卢瑟福的发现简直就是科学界的一场地震，彻底颠覆了之前的“汤姆逊的葡萄干布丁模型”。
他这一理论，不但让大家看到了原子的真实结构，还为后来的科学研究铺平了道路。
原子核的概念后来成了核物理学的基石，简直是功德无量。
3.2 对日常生活的启示你可能会问，这跟我们日常生活有什么关系呢？其实，卢瑟福的实验提醒我们，很多时候，表象并不代表真相。
就像我们看到的一个人，可能外表光鲜亮丽，内心却藏着故事。
所以，别轻易下结论，要多观察，多思考！另外，卢瑟福的好奇心也是我们每个人都应该学习的。
卢瑟福散射实验报告
卢瑟福散射实验报告卢瑟福散射实验报告引言：卢瑟福散射实验是物理学史上的一次重要实验，由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年进行。
该实验通过研究金属箔对α粒子的散射现象，揭示了原子的结构和核心的存在，为后来的量子力学的发展奠定了基础。
本文将对卢瑟福散射实验进行详细的描述和分析。
实验过程：卢瑟福散射实验的装置主要由一个铅箱和一个放射性源组成。
在铅箱内部，放射性源会产生α粒子，这些粒子会被射向一个金属箔。
实验者通过观察散射后的α粒子的轨迹，来研究原子的结构。
实验结果：卢瑟福观察到，大部分的α粒子直线穿过金属箔而不发生散射，但也有一小部分α粒子发生了明显的偏转。
根据实验数据，卢瑟福提出了一个新的原子模型，即卢瑟福模型，也被称为行星模型。
根据这个模型，原子的质量主要集中在一个非常小的核心中，而电子则围绕核心运动。
实验解释：为了解释实验结果，卢瑟福提出了一个假设，即α粒子与原子核之间存在着一个非常强大的库仑力。
这个库仑力会导致α粒子受到偏转或散射。
根据库仑力的作用规律，散射角度与散射粒子的质量和速度有关。
根据实验数据的分析，卢瑟福得出了一个重要的结论：原子的核心是非常小而密集的，而电子则围绕核心运动。
卢瑟福模型的意义：卢瑟福模型的提出对于原子结构的理解起到了重要的推动作用。
它揭示了原子的核心结构，以及核心与电子之间的相互作用。
这一模型为后来量子力学的发展奠定了基础，并且对于科学家们研究原子和分子的行为和性质提供了重要的线索。
卢瑟福模型的局限性：尽管卢瑟福模型为原子结构的理解做出了重要贡献，但它也存在一些局限性。
首先，该模型没有考虑到量子力学的效应，无法解释一些微观现象。
其次，模型中的电子轨道是固定的，无法解释电子在不同能级之间跃迁的现象。
因此，后来的科学家们进一步发展了量子力学理论，提出了更为精确的原子模型。
结论：卢瑟福散射实验是物理学史上的里程碑之一，它揭示了原子的核心结构和电子的运动方式。
卢瑟福散射公式结论
卢瑟福散射公式结论卢瑟福散射实验是一种通过射入粒子束到金属箔上来研究原子核结构的方法。
实验中，卢瑟福用射电性物质铀的放射性衰变得到的α粒子作为探针粒子，通过一个小孔射向非常薄的金属箔。
借助于一块放射性屏前后的闪烁屏，科学家可以观察到α粒子在金属箔上的散射情况。
基于大量的实验数据，卢瑟福总结出以下几个重要的结论：1.大部分α粒子直线通过了金属箔。
根据经验关系，粒子的质量越大，其运动惯性越大，使得α粒子在经过金属箔的碰撞中更倾向于直线通过。
2.一小部分α粒子被金属箔散射了。
尽管只有少数几个，但卢瑟福发现这些散射事件是非常重要的。
这些散射事件表明了一种新的粒子之间的相互作用，这种相互作用是通过原子核所发生的。
3.α粒子的散射角度不均匀。
卢瑟福发现散射角度的分布是一个连续的函数，这是相对于传统的“洛雷恩兹定律”的破坏。
洛雷恩兹定律是经典物理学中与射线光学紧密相关的定律。
基于这些实验结果，卢瑟福提出了著名的卢瑟福散射公式：θ = (2πNAZze² / Kmv²) * (1 / (4πε₀)) * (1/sin²(2θ/2))其中，θ是散射角度，NA是阿伏伽德罗常数，Z是目标原子的原子序数，z是入射粒子的电荷数，e是元电荷，K是库仑电荷常数，m是入射粒子的质量，v是入射粒子的速度，ε₀是真空介电常数。
卢瑟福散射公式的推导基于一个假设：入射的α粒子与目标原子核之间的相互作用是一个库仑散射过程，这种相互作用力是一个中心力，与入射粒子和靶粒子间的距离成反比。
根据这个假设，卢瑟福运用了库仑定律、动能守恒和动量守恒等基本物理原理，得出了这一公式。
1.相对于其他轻原子核而言，重原子核对α粒子的散射更明显。
这是因为重原子核所产生的库仑散射力比较大，使得α粒子更容易改变方向而散射。
2.根据散射角度的分布情况，可以推断出目标原子核的质量和电荷分布。
这为原子核物理学的发展提供了重要线索和依据。
3.卢瑟福散射公式的推导过程中，还考虑到了散射角度与入射粒子速度的关系。
卢瑟福散射实验报告
一、实验目的1. 了解卢瑟福散射实验的基本原理和实验方法；2. 掌握实验仪器和实验步骤；3. 通过实验观察和分析，验证卢瑟福散射实验的结论，即原子具有核式结构。
二、实验原理卢瑟福散射实验是英国物理学家卢瑟福在1909年设计的一种实验，旨在验证原子结构的模型。
实验中，卢瑟福使用了一束α粒子轰击薄金属箔，通过观察α粒子的散射情况，推断出原子具有核式结构。
根据经典电磁理论，当α粒子与原子核发生碰撞时，会发生库仑散射。
根据库仑定律，散射角θ与入射角φ、α粒子的能量E和原子核的电荷量q有关。
实验中，通过改变入射角和α粒子的能量，可以观察不同角度下的散射情况，从而验证原子核的存在。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：α粒子源、金箔、显微镜、计数器、实验装置等；2. 实验材料：α粒子源、金箔、实验装置等。
四、实验步骤1. 将α粒子源与金箔固定在实验装置上；2. 将实验装置放入真空容器中，确保容器内无空气；3. 打开α粒子源，调整入射角φ，观察散射情况；4. 记录不同入射角下的散射数据，包括散射角度、散射强度等；5. 改变α粒子的能量E，重复步骤3和4；6. 对实验数据进行处理和分析，验证卢瑟福散射实验的结论。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，大部分α粒子穿过金箔，未发生偏转，表明原子内部存在较大的空间；2. 部分α粒子发生散射，且散射角度较小，表明原子内部存在微粒；3. 极少数α粒子发生大角度散射，甚至反弹回来，表明原子内部存在质量较大、带正电的微粒，即原子核。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 原子具有核式结构，即原子由一个重而带正电的核心和围绕其周围的带负电子的电子云组成；2. 原子核的存在是导致α粒子散射的主要原因；3. 原子核的质量和电荷量远大于电子，因此α粒子在碰撞过程中主要受到原子核的影响。
六、实验讨论1. 实验过程中，α粒子的能量和入射角对散射结果有较大影响。
能量越高、入射角越小，散射角度越小；2. 实验过程中，实验装置的真空度对实验结果有一定影响。
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。
卢瑟福实验研究报告
卢瑟福实验研究报告1. 研究背景卢瑟福实验是一项经典的物理实验，由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年设计并完成。
该实验通过射击α粒子到金属箔上，观察和研究α粒子的散射情况，从而揭示了原子内部的结构。
实验成果对于原子理论的发展具有重要意义。
2. 实验目的本次实验的目的是通过观察和分析α粒子在金属箔上的散射情况，验证卢瑟福的原子结构理论，进一步了解原子的内部结构与性质，为后续的原子理论研究提供参考。
3. 实验装置和方法3.1 实验装置实验所需的主要装置包括： - α粒子源：发射α粒子的装置，用于向金属箔射击α粒子； - 金属箔样品：用于接收和散射α粒子的目标物质； - 探测器：用于接收和记录散射后的α粒子的位置和能量等信息。
3.2 实验方法1.准备工作：调整实验装置，确保各部分正常运行并符合实验要求。
2.将α粒子源对准金属箔样品，使α粒子垂直射到金属箔上。
3.用探测器记录散射后的α粒子的位置和能量等信息。
4.将记录的数据整理成表格或图形进行分析。
4. 实验结果和分析4.1 实验结果通过大量实验数据的记录和分析，得到了以下实验结果： - α粒子在金属箔上呈现出不同的散射方式，包括正向散射、背向散射和散射角度较大的向前散射； - α粒子的散射角度与金属箔的厚度和密度相关，厚度越大、密度越高，散射角度越小； - 少数α粒子会发生非常大的角度散射，表明在金属箔内存在着较小但极为致密的带电核。
4.2 实验分析基于实验结果，我们可以得出以下分析和结论： - α粒子在金属箔上的散射现象与卢瑟福的原子结构理论相符，即原子内部存在着带电核，并且核的体积非常小，相对于整个原子来说非常稠密； - 由于带电核的存在，α粒子在金属箔上会发生散射，且散射角度与核的位置、原子层的厚度等因素有关； - 实验结果进一步验证了之前关于原子的球状结构理论的不准确性，为后来的量子力学理论奠定了基础； - α粒子的散射还揭示了原子内部存在着强大的电荷力场，通过分析散射角度和距离等数据，可以进一步推断原子内部的电荷分布和核的质量等信息。
RBS卢瑟福背散射-实验报告
实验报告卢瑟福背散射分析（RBS）实验姓名：学号：院系：物理学系实验报告一、实验名称卢瑟福背散射分析（RBS）实验二、实验目的1、了解RBS实验原理、仪器工作结构及应用；2、通过对选定的样品的实验，初步掌握RBS实验方法及谱图分析；3、学习背散射实验的操作方法。
三、RBS实验装置主要包括四个部分：1、一定能量离子束的的产生装置----加速器2、离子散射和探测的地方----靶室3、背散射离子的探测和能量分析装置4、放射源RBS图1 背散射分析设备示意图1.离子源2.加速器主体3.聚焦系统4. 磁分析器5.光栅6. 靶室7.样品8.真空泵9.探测器10.前置放大器11.主放大器12. 多道分析器13. 输出四、实验原理当一束具有一定能量的离子入射到靶物质时，大部分离子沿入射方向穿透进去，并与靶原子电子碰撞逐渐损失其能量，只有离子束中极小部分离子与靶原子核发生大角度库仑散射而离开原来的入射方向。
入射离子与靶原子核之间的大角度库仑散射称为卢瑟福背散射(记为RBS)。
用探测器对这些背散射粒子进行侧量，能获得有关靶原子的质量、含量和深度分布等信息。
入射离子与靶原子碰撞的运动学因子、散射截面和能量损失因子是背散射分析中的三个主要参数。
图 3 大角度散射示意图（实验室坐标系）图2 弹性散射（质心坐标系）1、 运动因子K 和质量分辨率 1）运动学因子K当一定能量(对应于一定速度)的离子射到靶上时，入射离子和靶原子发生弹性碰撞，人射离子的部分能量传给了被撞的靶原子，它本身则被散射，散射的方向随一些参量而变化，如图2(质心坐标系)所示.设Z 1， Z 2分别为入射离子及靶原子的原子序数，m 、 M 分别为它们的原子质量，e 为单位电子电荷量，v 0为入射离子的速度，b 为碰撞参量或瞄准距离(即入射轨迹延伸线与靶原子核的距离)，x 为散射角.由分析力学可以推导出。
此式实际上不是一个入射离子而是一束禽子，且b 值有大有小。
卢瑟福散射 实验报告
卢瑟福散射实验报告卢瑟福散射实验报告引言：卢瑟福散射实验是20世纪初物理学家欧内斯特·卢瑟福进行的一项重要实验，通过观察α粒子在金属箔上的散射现象，揭示了原子结构中的核心概念。
本文将对卢瑟福散射实验进行详细介绍，并探讨其对原子理论的贡献。
实验装置与方法：卢瑟福散射实验主要使用了阻挡放射性α粒子的金属箔和荧光屏。
实验时，α粒子从放射源发射出来，经过一系列的准直装置后，射到金属箔上。
箔片上的α粒子会发生散射，一部分散射到荧光屏上，形成亮点。
通过观察亮点的分布情况，可以推断出α粒子在金属箔中的散射规律。
实验结果与讨论：卢瑟福实验的最重要结果之一是发现了一个非常小而密集的正电荷核心，即原子核。
通过对散射角度的测量和分析，卢瑟福得出结论：α粒子在经过金属箔时，与核心发生散射的概率与散射角度的平方成反比。
这一结论被称为卢瑟福散射公式。
卢瑟福散射公式的推导与解释：卢瑟福散射公式的推导基于库仑力的作用。
当α粒子靠近原子核时，它受到核心的正电荷吸引，同时也受到库仑斥力的作用。
根据库仑定律，这两个力与距离的平方成反比。
因此，当α粒子靠近核心时，它的散射角度会增大。
卢瑟福散射公式的解释也揭示了原子的空间结构。
根据公式，α粒子在经过金属箔时，只有极小的一部分发生散射，而大部分直线通过。
这表明原子内部存在着大量的空隙，α粒子可以穿过这些空隙而不与核心发生碰撞。
而当α粒子与核心发生碰撞时，它们的散射角度较大，说明核心的大小相对较小。
卢瑟福散射实验对原子理论的贡献：卢瑟福散射实验的结果对于原子理论的发展产生了深远的影响。
首先，实验结果证实了汤姆逊提出的“杏仁布丁模型”是错误的。
根据杏仁布丁模型，原子是由均匀分布的正电荷和电子组成的，而卢瑟福实验的结果表明，原子核的正电荷集中在一个非常小的区域内，而电子则分布在核外的轨道上。
其次，卢瑟福散射实验为后来的量子力学理论奠定了基础。
实验结果揭示了原子内部的空隙结构，这启发了后来量子力学理论中的波粒二象性概念。
卢瑟福_散射实验报告
一、实验目的1. 验证汤姆孙原子模型的正确性；2. 探究原子内部结构，寻找原子核的位置；3. 通过实验结果，推导出原子核的半径和电荷分布。
二、实验原理卢瑟福散射实验是利用α粒子轰击金箔，观察α粒子在穿过金箔后的散射情况，以此来研究原子内部结构。
根据经典电磁学理论，α粒子在穿过金箔时，会发生库仑散射，散射角度与金箔原子核的电荷量和距离有关。
通过实验测量散射角度和散射强度，可以推导出原子核的位置、半径和电荷分布。
三、实验器材1. α粒子源：用于产生α粒子束；2. 金箔：用于实验，厚度约为0.01微米；3. 电磁场发生器：用于产生磁场，使α粒子束发生偏转；4. 观察屏：用于观察α粒子散射后的轨迹；5. 数据采集系统：用于采集散射数据；6. 计算机软件：用于数据处理和分析。
四、实验步骤1. 准备实验器材，将α粒子源、金箔、电磁场发生器、观察屏和计算机软件连接好；2. 打开α粒子源，调节α粒子束的强度和方向；3. 调节电磁场发生器的磁场强度，使α粒子束发生偏转；4. 观察α粒子散射后的轨迹，记录散射角度和散射强度；5. 利用计算机软件对数据进行处理和分析，推导出原子核的位置、半径和电荷分布。
五、实验结果与分析1. 实验数据：（1）α粒子束穿过金箔后的散射角度分布；（2）α粒子束穿过金箔后的散射强度分布。
2. 分析：（1）根据散射角度分布，可以发现大部分α粒子几乎沿原方向前进，说明原子内部大部分空间是空的；（2）少数α粒子发生了较大偏转，说明原子内部存在一个质量较大、体积较小的正电荷集中区域，即原子核；（3）极少数α粒子被反弹回来，说明原子核的电荷量较大，且与α粒子的碰撞过程中，α粒子损失了大部分能量。
根据以上实验结果，可以推导出以下结论：1. 原子的核式结构模型：原子由一个质量较大、体积较小的正电荷集中区域（原子核）和围绕原子核运动的电子组成；2. 原子核的半径：根据散射角度分布，可以推导出原子核的半径约为10^-15米；3. 原子核的电荷分布：根据散射强度分布，可以推导出原子核的电荷分布近似为一个点电荷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验报告陈杨PB05210097 物理二班实验题目:卢瑟福散射实验实验目的:1.通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论；2.并学习应用散射实验研究物质结构的方法。
实验原理:现从卢瑟福核式模型出发，先求α粒子散射中的偏转角公式，再求α粒子散射公式。
1.α粒子散射理论（1）库仑散射偏转角公式设原子核的质量为M，具有正电荷+Ze，并处于点O，而质量为m，能量为E，电荷为2e的α粒子以速度ν入射，在原子核的质量比α粒子的质量大得多的情况下，可以认为前者不会被推动，α粒子则受库仑力的作用而改变了运动的方向，偏转θ角，如图所示。
图中ν是α粒子原来的速度，b是原子核离α粒子原运动径的延长线的垂直距离，即入射粒子与原子核无作用时的最小直线距离，称为瞄准距离。
图α粒子在原子核的库仑场中路径的偏转当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。
设α粒子最初的的动能和角动量分别为E 和L ，由能量和动量守恒定律可知：⎪⎪⎭⎫⎝⎛++⋅=••222202241ϕπεr r m r Ze E （1）L b m mr ==••νϕ2 （2）由（1）式和（2）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：202242Ze Ebctgπεθ= （3）设E Ze a 0242πε=，则 a bctg22=θ（4）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。
事实上，某个α粒子与原子散射的瞄准距离可大，可小，但是大量α粒子散射都具有一定的统计规律。
由散射公式（4）可见，θ与b 有对应关系，b 大，θ就小，如图所示。
那些瞄准距离在b 到db b +之间的α粒子，经散射后必定向θ到θθd -之间的角度散出。
因此，凡通过图中所示以b 为内半径，以db b +为外半径的那个环形ds 的α粒子，必定散射到角θ到θθd -之间的一个空间圆锥体内。
图 α粒子的散射角与瞄准距离和关系设靶是一个很薄的箔，厚度为t ，面积为s ，则图中的db ds π2=，一个α粒子被一个靶原子散射到θ方向、θθd -范围内的几率,也就是α粒子打在环ds 上的概率,即θθθππd s a s db b s ds 2sin 82cos 2232== (5)若用立体角Ωd 表示,由于θθθπθθπd d d 2cos 2sin42sin 2==Ωθθd s d a sds2sin1642Ω= (6)为求得实际的散射的α粒子数，以便与实验进行比较，还必须考虑靶上的原子数和入射的α粒子数。
由于薄箔有许多原子核,每一个原子核对应一个这样的环,若各个原子核互不遮挡,设单位体积内原子数为0N ,则体积st 内原子数为stN 0，α粒子打在这些环上的散射角均为θ，因此一个α粒子打在薄箔上，散射到θ方向且在Ωd 内的概率为st N s ds⋅0。
若单位时间有n 个α粒子垂直入射到薄箔上，则单位时间内θ方向且在Ωd 立体角内测得的α粒子为：2sin 42414220200θπεΩ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=d E Ze t nN s t N s dsn dn （7）经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面Ω⋅=Ωtd N n dn d d 01)(θσ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。
因此，2sin 14241)(422200θπεθσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Ω=ΩE Ze td nN dnd d （8）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：()2sin 12296.142θσ⎪⎭⎫⎝⎛=ΩE Z d d （9）其中，Ωd d σ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为验证卢瑟福散射公式成立，即验证原子核式结构成立，实验中所用的核心仪器为探测器。
设探测器的灵敏度面对靶所张的立体角为∆Ω，由卢瑟福散射公式可知在某段时间间隔内所观察到的α粒子总数N 应是：T nt m Ze N 2/sin 414220220θνπε∆Ω⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= （10）式中N 为该时间T 内射到靶上的α粒子总数。
由于式中N 、∆Ω、θ等都是可测的，所以（10）式可和实验数据进行比较。
由该式可见，在θ方面上∆Ω内所观察到的α粒子数N 与散射靶的核电荷Z 、α粒子动能221νm 及散射角θ等因素都有关。
对卢瑟福散射公式（9）或（10），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 ∝。
（2） 更换α粒子源以改变α粒子能量，验证散射计数率与α粒子能量的平方反比关系21E N ∝。
（3） 改变散射角，验证散射计数率与散射角的关系2sin 14θ∝N 。
这是卢瑟福散射击中最突出和最重要的特征。
（4） 固定散射角，使用厚度相等而材料不同的散射靶，验证散射计数率与靶材料核电荷数的平方关系2Z N ∝。
由于很难找到厚度相同的散射靶，而且需要对原子数密度n 进行修正，这一实验内容的难度较大。
本实验中，只涉及到第（3）方面的实验内容，这是对卢瑟福散射理论最有力的验证。
3．卢瑟福散射实验装置卢瑟福散射实验装置包括散射真空室部分、电子学系统部分和步进电机的控制系统部分。
实验装置的机械结构如图所示。
图 卢瑟福散射实验装置的机械结构 （1）散射真空室的结构散射真空室中主要包括有α放射源、散射样品台、α粒子探测器、步进电机及转动机构等。
放射源为m A 241或u P 238源，m A 241源主要的α粒子能量为eV M 486.5，u P 238源主要的α粒子能量为eV M 499.5。
（2）电子学系统结构为测量α粒子的微分散射截面，由式（9），需测量在不同角度出射α粒子的计数率。
所用的α粒子探测器为金硅面垒Si(Au) 探测器，α粒子探测系统还包括电荷灵敏前置放大器、主放大器、计数器、探测器偏置电源、NIM 机箱与低压电源等。
（3）步进电机及其控制系统在实验过程中，需在真空条件下测量不同散射角的出射α粒子计数率，这样就需要经常地变换散射角度。
在本实验装置中利用步进电机来控制散射角θ，可使实验过程变得极为方便。
不用每测量一个角度的数据便打开真空室转换角度，只需在真空室外控制步进电机转动相应的角度即可；此外，由于步进电机具有定位准确的特性，简单的开环控制即可达到所需精确的控制。
实验内容：1．实验数据及其分析(1)寻找θ=0的物理位置在寻找0度的位置之前,先打开实验装置的顶盖,大概让放射源对准探测器,然后盖上顶盖,一个人用力压住顶盖,另一人打开真空泵,大概压住20~30秒后,顶盖无法推开时,可认为没有漏气现象.之后开始在正负五度之间找θ=0的物理位置.以下为显示的度数和两秒钟测得的粒子数:由上表可见,在仪器显示的θ=0的位置粒子数最大,即我们要找的θ=0的物理位置./310-m/s 3023020035258400402326004521510005031620002.为了便于分析这些数据，数据由Origin分析得到图像：-曲线:(1) 在y轴大尺度下的pθ可见在θ=45度时,有较大的偏差,为了实验结果的精确,舍去该点,然后做图如下:-曲线：(2)在y轴精细尺度下的pθ=曲线：(3)由表格做出Nθ(4)综合有关条件，做出41Nθ--曲线：(sin)2以下为用Origin线性拟合的数据：[2007/4/5 19:59 "/Graph4" (2454195)] Linear Regression for Data1_E:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------AB------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------5 <------------------------------------------------------------由线性拟合相关系数R=可知，非常接近于1,可见41(sin )2N θ-正比于，基本上为一常数。
3.结果及误差分析：可见以上得到的数据和由Origin 得到的图象，都有力地验证了卢瑟福公式，验证了散射计数率与散射角的关系,也验证了4sin ()2N θ为一常数。
当然在排除了较大误差的情况下。
本试验在45度出现了一个较大误差，愿意可能是阈值选得太低，即在实验中数据的波动性会增大。
4.思考题(1)根据卢瑟福公式)2(sin4θN应为常数，本实验的结果有偏差吗试分析原因。
答：本试验的结果有一些偏差，原因如下：1.在小角度条件下，由于有多层散射物，造成α粒子的二次甚至多次散射，这应该是造成实验误差的最大原因。
2.在调电机的过程中，由于电机转动度数的不精确，θ=0确定只是近似的而不可能绝对的准确。
3.实验中选取在不同角度下接受粒子的时间尺度随偏离角度增大而增大，目的是为了减小误差，但时间又不可能趋于无穷大，故总共接受的粒子数会有一定的偏差。
4.阈值太低，有可能把一些杂散信号也计数；阙值太高，则相反。
5.由于是用手压住来抽气，难免会有漏气现象，即使有头发丝大小的气孔，也会影响实验的真空度。
6.所用的仪器有一定误差。
这些误差是难免的。