α粒子散射实验面面观.doc
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1、粒子散射实验面面观1、什么叫散射实验?用各种粒子X射线、电子和粒子轰击很薄的物质层,通过观察这些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。2、为什么用粒子散射实验研究原子结构原子结构无法直接观察到,要用高速离子进行轰击,根据粒子的散射情况分析判断原子的结构,而粒子有足够能量,可以穿过原子,并且利用荧光作用可观察粒子的散射情况,所以选取粒子进行散射实验。粒子是从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的粒子,带两个单位正电荷,质量为氢原子的4倍实际是氦原子核,射出时的速度的为光速的1/10,粒子的电离作用很强,因此在空气中只能前进几厘米。另外,由于粒子射出速度大,具有足够的能
2、量,粒子还能使荧光物质发光。在19世纪末,物理学上爆出了震惊科学界的“三大发现”:1895年,德国物理学家伦琴(18451923)发现了X射线,法国物理学家贝克勒尔(18521908)发现了天然放射性;1897年,英国物理学家汤姆逊(18561940)发现了电子。这些伟大的发现激励了卢瑟福,使他决心对原子结构进行深入研究。1898年,卢瑟福发现镭发出的射线受到磁场作用时至少分成两个组成部分。他把偏转幅度小的带正电的部分叫做射线,把偏转幅度大的带负电的部分叫做射线。1900年,法国化学家维拉德(Villard)又发现铀的射线中还有在磁场中不偏转,且穿透力很强射线。1903年,卢瑟福发现射线的能量
3、比和射线的大99倍左右,1906年他又发现射线通过云母片时,出现了偏转2的小角度散射现象。1908年6月,卢瑟福的助手盖革(HGeiger)发现a射线的散射角与靶材料的原子量成正比。同年10月,布拉格写信给卢瑟福,告诉他用粒子轰击原子时发生了粒子急转弯的现象。这些现象促使卢瑟福和盖革决定用重金属靶进行散射实验。1909年3月,卢瑟福向正在实验的马斯登提出“看一看你是否能够得到从金属表面直接反射粒子的效应?”结果。3、实验方法的设计原理和设计思想在真空环境中,使放射性元素钋放射出的粒子轰击金箔,然后通过显微镜观测用荧光屏(硫化锌屏)接收到的粒子,借助于对轰击金箔前后的粒子的运动情况的分析和对比,
4、进而了解金原子的结构情况。与某一金原子发生作用前后的粒子运动情况的差异,必然带有金原子结构特征的烙印,而这正是粒子散射实验的设计思想。实验要求在真空环境中进行,是为了避免气体分子对粒子的运动产生影响,原因主要是由于粒子的电离作用,若在空气中由于电离粒子只能前进几厘米。4、为什么粒子的散射实验用的是金箔?能否用轻金属?为了尽可能确切地研究轰击粒子与靶原子间的单个碰撞,希望靶越薄越好,否则多次碰撞将掩盖单次碰撞产生的效应。金的优点主要有五个方面:一是金是重金属;二是金的延展性强,容易做成厚为1m的薄片,以使绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进;三是金的化学性质稳定,不易与荧光粉发生化学反应;四
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