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
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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。