卢瑟福的α粒子轰击金箔实验过程及结论

时间：2023-11-08 10:45:03 点击量：8483 作者：曹弘图

卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线，并且证实前者就是氦离子。因为“对元素蜕变以及放射化学的研究”，他荣获1908年诺贝尔化学奖。

卢瑟福（Rutherford，1871~1937），英国著名物理学家，知名原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。

卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线，并且证实前者就是氦离子。

因为“对元素蜕变以及放射化学的研究”，他荣获1908年诺贝尔化学奖。

α粒子散射实验

1911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时，原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”，大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒。

但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的α粒子时有少量被弹回，这使他们非常吃惊。

卢瑟福计算出原子并不是一团糊状物质，大部分物质集中在一个中心小核上，现在我们知道这个小核叫作原子核，电子在它周围环绕。

卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，推翻了汤姆生“枣糕模型”，在此基础上，卢瑟福提出了核式结构模型。

实验用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔，结果大多数散射角很小，约1/8000散射大于90°；极个别的散射角等于180°。

结论：正电荷集中在原子中心

大多数α粒子穿透金箔：原子内有较大空间，而且电子质量很小。

一小部分α粒子改变路径：原子内部有一微粒，而且该微粒的体积很小，带正电。

极少数的α粒子反弹：原子中的微粒体积较小，但质量相对较大。

这是一个开创新时代的实验，是一个导致原子物理和原子核物理起始的具有里程碑性质的重要实验。同时他推演出一套可供实验验证的卢瑟福散射理论。

以散射为手段研究物质结构的方法，对近代物理有相当重要的影响。

一旦我们在散射实验中观察到卢瑟福散射的特征，即所谓“卢瑟福影子”，则可预料到在研究的对象中可能存在着“点”状的亚结构。

此外，卢瑟福散射也为材料分析提供了一种有力的手段。

根据被靶物质大角散射回来的粒子能谱，可以研究物质材料表面的性质（如有无杂质及杂质的种类和分布等），按此原理制成的“卢瑟福质谱仪”已得到广泛应用。

当人们评论卢瑟福的成就时，总要提到他“桃李满天下”。在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖：

1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；

1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；

1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；

1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；

1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；

1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；

1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理奖；

1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。

有人说，如果世界上设立培养人才的诺贝尔奖金的话，那么卢瑟福是第一号候选人。

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