α粒子散射實驗是如何揭示原子核結構的?
答:α粒子散射實驗是盧瑟福在1911年設計的一項經典實驗,通過觀察α粒子與金箔的相互作用,揭示了原子核的存在和結構。
(一)實驗背景
當時,湯姆孫的“葡萄干布丁模型”認為原子是均勻分布正電荷的球體,電子鑲嵌其中。然而,這一模型無法解釋某些實驗現象。盧瑟福為了驗證湯姆孫模型,設計了這個實驗。
(二)實驗過程
實驗中,盧瑟福和他的助手用天然放射性物質放出的α粒子轟擊極薄的金箔,并使用熒光屏觀察α粒子的散射情況。他們發現:
1. 大部分α粒子幾乎直線穿過金箔,表明原子內部大部分是空的。
2. 少數α粒子發生小角度偏轉,說明原子內部存在一定的正電荷分布。
3. 極少數α粒子(約1/8000)被大角度散射,甚至反彈回來,這表明原子內部存在一個極小但質量和正電荷高度集中的區域。
(三)實驗結論
根據這些現象,盧瑟福提出了原子的核式結構模型:
1. 原子的質量和正電荷幾乎全部集中在原子核中,原子核體積很小。
2. 電子圍繞原子核運動,類似于行星圍繞太陽。
3. 原子核的存在解釋了α粒子的大角度散射現象:只有當α粒子接近原子核時,才會受到強大的庫侖斥力而發生大角度偏轉。
(四)科學意義
α粒子散射實驗推翻了湯姆孫的原子模型,確立了原子的核式結構模型,為現代原子物理學奠定了基礎。這一實驗還揭示了原子核的物理特性,如質量和電荷分布,對后續的核物理學研究產生了深遠影響。