卢瑟福原子核式模型α粒子散射实验
a粒子散射实验
a粒子散射实验揭示原子有核模型的实验。
为E.卢瑟福等人所做，又称卢瑟福a 粒子散射实验。
J.J.汤姆孙发现电子揭示了原子具有内部结构后，1903年提出原子的葡萄干圆面包模型，认为原子的正电荷和质量联系在一起均匀连续分布于原子范围，电子镶嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振动。
1909年卢瑟福的助手H.盖革和E.马斯登在卢瑟福建议下做了a粒子散射实验，用准直的a 射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的a粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数a 粒子发生角度比汤姆孙模型所预言的大得多的偏转，大约有1／8000 的a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，更无法用汤姆孙模型说明。
1911年卢瑟福提出原子的有核模型，与正电荷联系的质量集中在中心形成原子核，电子绕着核在核外运动，由此导出a粒子散射公式，说明了 a 粒子的大角散射。
卢瑟福的散射公式后来被盖革和马斯登改进了的实验系统地验证。
根据大角散射的数据可得出原子核的半径上限为10-14米。
此实验开创了原子结构研究的先河。
原子结构模型的演变原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。
一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。
人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。
下面介绍的几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。
道尔顿原子模型（1803 年）：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。
汤姆生原子模型（1904 年）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
卢瑟福原子模型（1911 年）：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。
玻尔原子模型（1913 年）：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。
卢瑟福散射实验报告
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。
α粒子散射实验
α粒子散射实验α粒子散射实验α粒子散射实验（a-particle scattering experiment）又称金箔实验、Geiger-Marsden 实验或卢瑟福α粒子散射实验引。
是1909年汉斯·盖革和恩斯特·马斯登在欧内斯特·卢瑟福指导下于英国曼彻斯特大学做的一个著名物理实验。
目录实验用准直的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孙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，更无法用汤姆孙模型说明。
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），与正电荷联系的质量集中在中心形成原子核，电子绕着核在核外运动，由此导出α粒子散射公式，说明了α粒子的大角散射。
卢瑟福的散射公式后来被盖革和马斯登改进了的实验系统地验证。
根据大角散射的数据可得出原子核的半径上限为10-14米，此实验开创了原子结构研究的先河。
这个实验推翻了J.J.汤姆孙在1903年提出的原子的葡萄干圆面包模型，认为原子的正电荷和质量联系在一起均匀连续分布于原子范围，电子镶嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振动，为建立现代原子核理论打下了基础。
编辑本段实验目的与过程卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。
在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
为了要考察原子内部的结构，必须寻找一种能射到原子内部的试探粒子，这种粒子就是从天然放射性物质中放射出的α粒子。
卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔来进行实验，图14-1是这个实验装置的示意图。
在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，它发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上。
当α粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个的闪光点，这些闪光点可用显微镜来观察。
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。
十七原子物理1卢瑟福的核式结构模型行星式模型α粒子散射试验
十七 原子物理1.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）α粒子散射实验：是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。
这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，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里，带负电的电子在核外空间运动。
由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。
2.玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数。
） ⑴玻尔的三条假设（量子化）①轨道量子化r n =n 2r 1 r 1=0.53×10-10m ②能量量子化：21n E E n = E 1=-13.6eV★③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量h ν=E m -E n⑵从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。
原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。
（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV 的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。
2、天然放射现象⑴.天然放射现象----天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。
⑵.各种放射线的性质比较n 2H 21011+H n 111→①核反应类型⑴衰变： α衰变：e 422349023892H Th U +→（核内He n 2H 2421011→+）β衰变：e Pa Th 012349123490-+→（核内e H n 011110-+→）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
⑵人工转变：H O He N 1117842147+→+（发现质子的核反应）n E /eV∞ 0 -13.6-3.44 -0.85n C He Be 101264294+→+（发现中子的核反应）⑶重核的裂变：n 3Kr Ba n U 109236141561023592++→+ 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
卢瑟福散射
3系08级 姓名：方一 日期：6月6日 PB08206045实验题目: 卢瑟福散射 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: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。
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3.3-1 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：22242Ze Ebctgπεθ= （3） 设E Ze a 0242πε=，则a b ctg 22=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3.3-2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。
卢瑟福的阿尔法粒子散射实验结论是什么？
卢瑟福的阿尔法粒子散射实验结论是什么？在学习高中物理的时候往往会遇到很多关于物理问题，上课觉着什幺都懂了，可等到做题目时又无从下手。
以至于对于一些意志薄弱、学习方法不对的同学就很难再坚持下来。
过早的对物理没了兴趣，伤害了到高中的学习信心。
收集整理下面的这几个问题，是一些同学们的学习疑问，小编做一个统一的回复，有同样问题的同学，可以仔细看一下。
【问：卢瑟福的阿尔法粒子散射实验结论是什幺？】答：阿尔法散射实验拖翻了汤姆生为代表的原子“枣糕状”模型观点，卢瑟福在其实验现象基础上提出了“核式结构”的原子模型观点。
通过实验，我们发现原子内部的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子内很小（相对）的一点，这一点是什幺？是咱们化学科目里面先研究的，就是原子核。
如果说原子是咱们的教学楼的话，原子核只有一个篮球的大小。
【问：闭合欧姆定律内容是什幺？】答：闭合电路欧姆定律与初中讲过的欧姆定律类似，研究的是电源电动势、干路电流、系统总电阻间的关系，电源电动势等于干路电流乘以内外电阻之和。
物理公式：e=i（r+r）=u 外+ir。
【问：热力学第一定律表达式？】答：热力学第一定律w+q＝Δu；(做功和热传递，这两种改变物体内能的方式，在效果上是等效的，都可以引起内能的改变，内容的改变是两者代数和)，其中w:外界对物体做的正功(j)，q: 物体吸收的热量(j)，也叫做外界向物体传递的热量，Δu:增加的内能(j)。
【问：动量定理在什幺时候用？】答：动量定理表达式ft=mv2-mv1，内容是外力在时间上的积累（冲量）等于系统动量的变化量。
当物理题中出现时间，或者求时间，或者求合力，且题目中已知前后动量大小，我们可以使用动量定理来试一试。
但这些分析与归纳仅是经验之谈，并不是绝对准确的的。
【问：怎幺克服忘事的毛病？】答：知识容易忘，记得不牢固，说明你复习不够及时。
卢瑟福的原子核式结构模型
卢瑟福的原子核式结构模型
卢瑟福的原子核式结构模型是20世纪初物理学研究的重要成果之一。
这一模型通过实验证明了原子不是一个均质的球体，而是由一个小而重的原子核和围绕它旋转的电子构成。
此模型的提出，对于人们理解原子结构的本质具有重要意义。
卢瑟福实验的基本原理是，通过将一个α粒子（即带有两个质子和两个中子的氦原子核）轰击到一个金箔上，通过观察α粒子的散射方向来确定原子的结构。
实验结果表明，大部分的粒子通过金箔而不受到偏转，但有一部分粒子受到了较大的偏转。
这表明原子中存在着一个小而重的原子核，而电子则围绕在原子核周围。
卢瑟福模型的核心思想是，原子结构由一个小而重的原子核和围绕其运动的电子构成。
原子核包含质子和中子，质子带有正电荷，中子不带电。
电子则带有负电荷。
原子核的大小约为10^-15米，而整个原子的大小约为10^-10米。
卢瑟福模型对于人们理解化学反应、放射性衰变等现象具有重要意义。
例如，核反应是指原子核之间的反应，而非电子之间的反应。
放射性衰变也是指原子核的变化，而非电子的变化。
此外，原子核式结构模型也为原子核物理学和核能技术的发展提供了重要的理论基础。
卢瑟福的原子核式结构模型是一项重要的物理学成果，它通过实验证明了原子结构由一个小而重的原子核和围绕其运动的电子构成。
这一模型对于人们理解化学反应、放射性衰变等现象具有重要意义。
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生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90 度，也就是说它们几乎被“撞了回来”
卢瑟福的思考（二）
问题5.粒子出现大角度散射有没有可能 是与电子碰撞后造成的？
问题6.这种现象能否用汤姆生的原子 模型解释 ？
假设一演示
α
α α α
-
-
-
-
---
按照汤姆逊模型， 正电荷在原子内部均匀地分 布，α粒子穿过原子时，粒子两侧正电荷对它的 斥力有相当大一部分互相抵消，使α粒子偏转的 力也不会很大，所有的粒子最终都不会发生大角 度的偏转。
汤姆孙原子枣糕模型不能解释α粒子散射实验。
枣糕模型被a粒子 散射实验否定
要解释α粒子散射实验 只有建立新的原子模型。
？？ 新的原子结构
应是怎样的呢
？…
卢瑟福的思考（三）
问题7.如何解释α粒子散射实验的？
α粒子散射实验结果分析
大多数α粒子不 偏转
少数α粒子发生 较大偏转
极少数α粒子 发生大角度偏 转甚至被弹回
原子内几乎是空的
有带正电的物质 对它们产生库仑 斥力作用；
它们与某种质量大 的物质发生了撞击， 而且这种物质占据 很小的空间
1.在用α 粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观
察到的α 粒子的运动情况是
(B )
A.全部α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方 向前进
B.绝大多数α 粒子穿过金属箔后仍按原来 的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至
被弹回
C.少数α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方 向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回
D.全部α 粒子都发生很大偏转
1.原子的半径约为10-10米、原子核半 径约是10-15米，原子核的体积只占原 子的体积的万亿分之一。
2.原子核所带正电荷数与核外电子数以 及该元素在周期表内的原子序数相等。
•原子的核式结构
•
• •
卢
汤 姆
汤 姆 •α粒子散射实验
瑟 福
孙
孙
原
发
原
子
现
子
核
电
模
式
子
型
模
型
•枣糕式
•行星式
【随堂练习】
2.在a粒子散射实验中，当a粒子接近金核 时（ AB ）
Ａ．a粒子动能最小 Ｂ．a粒子受到的库仑力最大 Ｃ．a粒子电势能最小 Ｄ．a粒子动量的变化率最小
3、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 ( BC )
要用高速粒子对它进行轰击。通
过观察粒子穿过物质层后的偏转
情况，获得原子结构的信息，这 种实验叫做散射实验。
1909～1911年，卢瑟福 和他的助手们用a 粒子 轰击金箔
著名的 a 粒 子散射实验
粒子的散射实验
问题3. 粒子散射实验的装置是什么？ 它是怎么做的？
问题4. 粒子散射实验的结果是什么？
汤姆孙的原子模型
原子是一个球体， 正电荷弥漫性地均匀分布 在整个球体内，电子镶嵌其中。
正电荷
负电荷
汤姆孙的原子模型
问题1.汤姆孙的原子 模型对吗？你能用电 学知识回答这个问题？
卢瑟福的思考(一）
卢 瑟
问题 2.如何证明汤姆生“枣糕“模
福
型？
原子的结构非常紧密，无法用一
般的方法探测它内部的结构，需
问题8.卢瑟福设想的原子结构模型 是什么样的？
原子中带正电部分的体积很小，但几 乎占有全部质量，电子在正电个实验八万多次,仅有两三 次击中了金核被反弹, 这么小的几率他却成功 了.
如何估算原子核的大小?
估算方法：在α粒子散射实验中,根据α粒子与原子 核对心正碰时所能达到的最小距离可以估算原子 核的大小.
第2节 原子的核式结构模型
初期的原子模型：
1901年，法国的佩兰设想：原子的中心是 些带正电粒子，外面围绕着电子。
1903年，德国的勒纳德设想：有正负电荷 组成的“刚性配偶体”飘浮于原子太空内。
1903 年 底 ， 日 本 的 长 冈 半 太 郎 提 出 一 个 “土木星模型”电子均匀分布在一个环上， 中心是一个为大质量的正电球。
资 料：有一α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击 金箔， 已知α粒子的质量为6.64×10-27kg若金 原子的核电荷数为79，且已知带电粒子在点电场 中的电势能的表达式为ε= kq1q2/r .
结论： α粒子与金原子核对心碰撞所能达到的 最近距离为：2.7×10-14m
问题9.原子核的电荷与尺度你知道吗？