卢瑟福α粒子散射实验

卢瑟福α粒子散射实验

卢瑟福α粒子散射实验是20世纪初物理学领域的一项重要实验，它不仅推翻了汤姆孙的枣糕模型，还为原子核式结构模型的建立奠定了基础。本文将详细介绍该实验的现象、结论及其对原子结构理论的影响。

卢瑟福α粒子散射实验现象及结论

卢瑟福α粒子散射实验观察到了以下三个主要现象：

1. 绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进；
2. 少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转；
3. 极少数α粒子击中金箔后几乎沿原方向反回；

这些实验现象帮助科学家否定了长期以来的“枣糕状”原子模型。卢瑟福基于这些发现建立了原子的核式结构模型：

• 原子中心有个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内；
• 带负电的电子绕核做高速的圆周运动。

在后续研究中，物理学家们还发现：

1. 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；
2. 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）。

需要注意的是，上述两个结论并不是α粒子散射实验的直接分析结果。

α粒子散射实验与汤姆孙的枣糕模型

汤姆孙在1898年提出了原子结构的枣糕模型，这一模型认为原子的质量与正电荷如同糕点一样均匀排布，电子则如同枣一样随机嵌入在糕点之中。这一模型是基于阴极射线的分析提出的，但在卢瑟福的α粒子散射实验中被否定。

卢瑟福α粒子轰击实验过程简介

实验用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小。但有少数α粒子发生角度比汤姆森模型所预言的大得多的偏转，大约有1/8000 的α粒子偏转角大于90°，甚至观察到偏转角等于150°的散射，称大角散射。这种现象无法用汤姆森模型解释。

1911年，卢瑟福提出原子的有核模型（又称原子的核式结构模型），认为正电荷和质量集中在中心形成原子核，电子绕着核在核外运动。根据大角散射的数据可得出原子核的半径上限为10的-14次方米，这一发现开创了原子结构研究的先河。

这个实验推翻了J.J.汤姆森在1903年提出的原子的葡萄干圆面包模型（也称枣糕模型），为建立现代原子核理论打下了基础。

卢瑟福核式结构模型

卢瑟福通过对α粒子散射实验的结论分析，建立了原子核式结构模型。该模型认为：

• 原子中心有个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内；
• 带负电的电子绕核做高速的圆周运动；
• 我们也称核式结构模型为行星模型或卫星模型；
• 原子核的数量级为1015m。