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散射实验

（实验报告）

散射实验是近代科学发展史中最重要的实验之一。在1897年J.J.Thomson）测定电子的

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荷质比，提出了原子模型，他认为原子中的正电荷分布在整个原子空间，即在一个半径R≈10m区间，电子则

嵌在布满正电荷的球内。电子处在平衡位置上作简谐振动，从而发出特定频率的电磁波。简单的估算可以给出辐

射频率紫外和可见光区，因此能定性地解释原子的辐射特性。但是很快（E.Rutherford）等人的实验

否定这一模型。1909年和他的助手盖革（H.Geiger）及学生（E.Marsden）在做α粒子和薄箔散射

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实验时观察到绝大部分α粒子几乎是直接穿过铂箔，但偶然有大约1/800α粒子发生散射角大于90。这一实验

结果当时在英国被公认的原子模型根本无法解释。在模型中正电荷分布于整个原子，根据对库仑力

的分析，α粒子离球心越近，所受库仑力越小，而在原子外，原子是中性的，α粒子和原子间几乎没有相互作用

力。在球面上库仑力最大，也不可能发生大角度散射。等人经过两年的分析，于1911年提出原子的核式

模型，原子中的正电荷集中在原子很小的区域内，而且原子的全部质量也集中在这个区域内。原子核的半径

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近似为10m，约为原子半径的千万分之一。散射实验确立了原子的核式结构，为现代的发展奠定了

基石。

一、实验目的：通过核式模型，说明α粒子散射实验，验证散射理论；并学习应

用散射实验研究物质结构的方法。

二、实验原理：

现从核式模型出发，先求α粒子散射中的偏转角，再求α粒子散射。

1．α粒子散射理论

（1）库仑散射偏转角

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的方向，偏转θ角，如图3.3-1所示。图中是α粒子原来的

速度，b是原子核离α粒子原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。