昨天我們談到了電子的發(fā)現(xiàn)，并且知道了電子的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子是可以再分的，從而提出了湯姆孫模型（又稱梅子布丁模型、棗糕模型、葡萄干布丁模型）。湯姆孫認(rèn)為原子是球體，帶正電的物質(zhì)均勻地分布于球體內(nèi)，帶負(fù)電的電子一顆一顆地鑲嵌在球內(nèi)各處的一個(gè)個(gè)同心環(huán)上。但是盧瑟福的阿爾法粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了這個(gè)模型。
α粒子散射實(shí)驗(yàn)又稱金箔實(shí)驗(yàn)或盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示。
一點(diǎn)八卦，這個(gè)實(shí)驗(yàn)本來(lái)的目的是想證實(shí)湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在一個(gè)鉛盒里放有少量的放射性元素釙(Po)，它發(fā)出的α射線從鉛盒的小孔射出，形成一束很細(xì)的射線射到金箔上。當(dāng)α粒子穿過(guò)金箔后，射到熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的閃光點(diǎn)，這些閃光點(diǎn)可用顯微鏡來(lái)觀察。為了避免α粒子和空氣中的原子碰撞而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個(gè)裝置放在一個(gè)抽成真空的容器內(nèi)，帶有熒光屏的顯微鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上移動(dòng)。
這里我們給大家補(bǔ)充兩點(diǎn)，一是為什么選用阿爾法粒子？好處有兩個(gè)，第一個(gè)是他的能量特別大，速度特別快，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易打到原子的內(nèi)部，第二個(gè)是他在熒光物質(zhì)上可以發(fā)光，便與觀察。二是為什么選用金箔？好處也有兩個(gè)，第一個(gè)是它的純度非常高，這就消除了雜質(zhì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，第二個(gè)是他的延展性非常好，這樣同一個(gè)α粒子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中與它碰撞的金原子(或者金原子內(nèi)部的粒子)就會(huì)很少，有時(shí)只有一個(gè)或者沒(méi)有粒子碰撞，就是說(shuō)觀察到的現(xiàn)象是單次碰撞或者無(wú)碰撞的結(jié)果，避免二次碰撞的產(chǎn)生。這些都給理論分析帶來(lái)很大的方便，減少了誤差，分析結(jié)果非常接近現(xiàn)實(shí)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)90 ，有的甚至幾乎達(dá)到180 而被反彈回來(lái)，這就是α粒子的散射現(xiàn)象。
發(fā)生極少數(shù)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象是出乎意料的。根據(jù)湯姆孫模型的計(jì)算，α粒子穿過(guò)金箔后偏離原來(lái)方向的角度是很小的，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飛行著的子彈碰到一粒塵埃一樣，運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯的改變。盧瑟福后來(lái)回憶說(shuō)：“這是我一生中從未有的最難以置信的事，它好比你對(duì)一張紙發(fā)射出一發(fā)炮彈，結(jié)果被反彈回來(lái)而打到自己身上……”盧瑟福對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析，在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。
補(bǔ)充一點(diǎn)，在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)以后的繼續(xù)研究中，物理科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)結(jié)論：
第一，原子核又可分為質(zhì)子和中子；（原子核的全部正電荷都集中在質(zhì)子內(nèi)）質(zhì)子的質(zhì)量約等于中子的質(zhì)量；
第二，質(zhì)子數(shù)等于原子的核電荷數(shù)（Z）；質(zhì)子數(shù)加中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)（A）；特別要注意的是以上兩個(gè)結(jié)論，并不是α粒子的散射實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)論。
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