卢瑟福如何探索原子结构的（卢瑟福是怎样发现原子核的）

卢瑟福在加拿大麦吉尔大学工作了9年，在此期间发现了元素的反复无常和放射性元素的半衰期，因此获得了1908年诺贝尔化学奖，下面我们就来说一说关于卢瑟福如何探索原子结构的?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!

卢瑟福如何探索原子结构的

卢瑟福在加拿大麦吉尔大学工作了9年，在此期间发现了元素的反复无常和放射性元素的半衰期，因此获得了1908年诺贝尔化学奖。

　　这个奖是科学家最大的荣誉，但不是卢瑟福研究的终点。他实际上想离开呆了9年的地方。卢瑟福觉得加拿大离欧洲的科学中心有点远。尤其是远离英国、法国和德国的地方，可以说当时最强大的人都在这三个地方。

　　1906年，卢瑟福如愿获得曼彻斯特大学的教授职位，1907年，卢瑟福的实验室来了两名年轻的物理学家。一个是博士后研究员汉斯盖格，一个是大学生马斯登。

　　这就是回到英国的好处。不仅实验条件好，而且人才很多。实验室的脏活都能让年轻人做。自己准备研究项目就行了。

　　很快卢瑟福确定了研究题目，用阿尔法粒子轰击金箔，观察阿尔法粒子通过金箔后的散射。研究这个主题有两个原因。

　　第一个是卢瑟福的老师汤普森在1903年提出原子模型时，正电荷分散在原子的空间里，电子嵌在正电荷里面。好像布丁里嵌着葡萄干。这个主张一直没有实验检查。

　　第二，本身阿尔法粒子的散射实验是卢瑟福1906年当时在麦吉尔大学的时候做的这个实验，可能是因为当时的实验条件和精力有限，没有产生任何结果。

　　所以曼彻斯特最先研究的就是这个主题。这个实验的设备也很简单。也就是说，没有人工加速器，使用了天然放射性元素镭释放的粒子，速度约为2.09 10 7米/秒，粒子的速度可以通过电磁偏转实验测量。

　　然后，首先让钨中产生的粒子通过狭缝打开的阻挡屏幕，通过狭缝，粒子就会变成狭窄的束，然后我们用这些浪粒子轰击金箔。(莎士比亚，坦普林。)

　　当阿尔法粒子穿过金箔原子时，阿尔法粒子与金箔原子内的东西相互作用，偏移阿尔法粒子的路径，然后我们让散射的阿尔法粒子射到后面的硫化锌屏幕上。阿尔法粒子击中屏幕后会出现闪光。(约翰f肯尼迪)。

　　因此，只要计算闪光次数和位置，就可以知道alpha粒子散射后的角度分布，从哪个角度可以知道alpha粒子散射的概率最大。这个实验说起来容易，其实做起来难，要在完全黑暗的环境下统计几个小时的闪光情况。当然，这些工作都是盖格和马斯登完成的。例如，1908年，盖格向卢瑟福报告，早期的实验表示，随着偏转角度的增大，散射后的阿尔法粒子数量会越来越少，大于几度，阿尔法粒子就看不见了。

　　这个结果符合当时的期望，当然也很符合汤普森的原子模型。如果一个阿尔法粒子能穿透金原子，那么所有阿尔法粒子都可以轻易通过金原子。

　　汤普森说正电荷分散在整个原子空间中，所以可能会带来两种可能的结果：阿尔法粒子一个也不能通过，或者都可以通过。

　　实验结果是，分散在原子中的正电荷在整体上不会影响粒子，粒子都可以通过金原子。阿尔法粒子产生的小角度偏转可以解释为与质量小的电子相互作用。

　　但是在1909年，有一天盖格找到卢瑟福，说马斯登现在也可以独立进行实验了。让他也做点研究吗？卢瑟福当时也认为马斯登现在也不错，不让盖格看你一眼他，大角度看阿尔法粒子是不是也有偏差？(威廉莎士比亚，《哈姆雷特》，《哈姆雷特》)后来卢瑟福回忆说，当时认为这是完全不可能的，只是随口这么说。(莎士比亚)。

　　两三天后，盖格激动地找到卢瑟福，说他不仅从大角度看到阿尔法粒子偏转，还看到阿尔法粒子在两万个阿尔法粒子中向后散射。这意味着阿尔法粒子像撞墙一样，直接转动180度弯曲，向后飞去。在我看来，这就是我们的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式，我的生活方式。

　　所以卢瑟福说了这个现象的惊人程度，就像向一张纸发射了15英寸炮弹一样，但炮弹回来击中了自己。(大卫亚设)。

　　在卢瑟福心中，阿尔法粒子质量大，速度极快，所以携带的动能相当可观，所以用汤普森的话来说，原子没有什么可以直接阻止阿尔法粒子。(威廉莎士比亚，原子，原子，原子，原子，原子，原子，原子，原子，原子)所以这个实验的结果非常惊人。

　　下一个重要问题是汤普森是如何根据这个实验结果判断原子核的存在的。其实这个过程很复杂，并不像我们经常听到的那么容易。实验结果是在1909年制作的，但因为直到1911年卢瑟福才发表原子核的概念。

　　可以知道两年的时间。卢瑟福在这段时间里考虑了很多可能性，解决了很多思想困难，最后提出了验证原子核模型的方法。通过实验确认后才发表了自己的论文。(大卫亚设，Northern Exposure，科学)卢瑟福是一个不喜欢推测的非常严谨的人，这也是他不喜欢理论物理学家的原因。(莎士比亚)。

　　好吧，我大致说说卢瑟福确认原子核的过程。首先要否定自己老师的原子弹模型。在盖格和马斯登的实验中，从0.87这个角度，阿尔法粒子散射的概率最大。也就是说，从这个角度散射的概率最大。但是，正如我刚才所说的，在两万个阿尔法粒子中，那种阿尔法粒子向后散射的情况下，可以看出这个散射角超过了90度。这个角度是alpha粒子的入射方向和发射方向的角度，超过90度后，一定会向后散射。

　　这比刚才那个最大散射概率的角度大100倍。根据汤普森的模型，阿尔法粒子必须与电子相互作用才能产生偏转，但这个偏转角度很小。想通过电子的作用，以大于90度的偏转角度继续累积。从数学的概率来看，这种概率很小是不可能实现的。

　　所以汤普森推测，大角度的偏转不是多次碰撞，而是原子中某个东西的一次碰撞中产生的大角度的偏转。

　　卢瑟福推测，由于阿尔法粒子质量大、速度快、有正电，卢瑟福推测阿尔法粒子很可能撞到了质量大、有正电的东西。

　　在1911年的论文中，卢瑟福计算出了这一情况。阿尔法粒子正面撞上了有静电的重力粒子。这就像用球砸墙一样。球在一瞬间速度下降到0，此时球的动能变成了弹性能量。然后，有弹性的能量再次转化为球的动能，球向相反的方向移动。

　　阿尔法粒子与这些重粒子的碰撞也遵循能量守恒的规律，一开始阿尔法粒子的动能可以根据阿尔法粒子质量和速度的平方来计算。

　　Alpha粒子在接近这个有静电的重粒子时会感受到排斥力，因为这种排斥力与Alpha粒子的速度方向相反，所以排斥力对Alpha粒子有负面影响。另外，阿尔法粒子所具有的动能可以说是在对抗电排斥力进行精工。

　　总之，当Alpha粒子停在重粒子附近时，电斥力所做的工作等于Alpha粒子的初始动能，电斥力等于(KEAlpha粒子的电荷重粒子的电荷)/Alpha粒子和重离子最近的距离。

　　所以我们能根据这种关系列出1/2粒子的质量粒子的初速度公式吗？=KEAlpha粒子的电荷重粒子的电荷)/Alpha粒子和重离子最接近时的距离。

　　所以我们可以知道：粒子和重粒子最接近时的距离=(2Ke重粒子的电荷)/(粒子的质量比粒子的初始速度？)。

　　在公式中，阿尔法粒子的质量比、初始速度都是已知量，虽然不知道重粒子的电荷值，但我们可以假设它是单位电荷。也就是说，可以假设电子电荷是z倍。

　　所以最终我们可以计算阿尔法粒子和重粒子的碰撞。最近的距离是3.4 Z 10-16米。即使这个重粒子的电荷是电子电荷的数百倍，这个距离仍然比金原子的大小小1000倍。所以卢瑟福推测，阿尔法粒子撞击原子时质量很大，但半径很小，有正电。例如，原子的质量是电子的几千倍，有必要解释其他质量去了哪里。(威廉莎士比亚，原子，原子，原子，原子，原子，原子，原子)原子不带电，但电子带负电，要解释正电荷在哪里吗？

　　还有一些实验可供卢瑟福参考。例如，阴极射线，也就是说，发现电子可以在气体中走很长的距离，这意味着原子内部的大部分都是虚无的。

　　所以卢瑟福设想，原子核带正电，平衡电子电荷，含有原子绝对部分的质量，但体积很小，电子在原子核外围绕原子核旋转。(莎士比亚，原子，原子，原子，原子，原子，原子，原子。

　　还没有结束。卢瑟福需要验证自己的想法。他的论文可以发表。验证方法是这样的。卢瑟福应该按照自己的原子模型计算。在大于任何偏角的范围内，粒子散射的概率是多少？例如，在偏角大于90度的范围内，粒子偏转的概率是多少？如果计算值与实验测量值一致，则原子核没有问题。

　　好吧，让我简单谈谈这个过程。首先，物理量称为碰撞参数。碰撞参数是alpha粒子没有被原子核偏转时，与原子核的最小距离称为碰撞参数。

　　我不明白，没关系，这里再解释一下，阿尔法粒子其实不是针对原子核的，而是朝着金箔乱射的，所以大多数阿尔法粒子都会掠过原子核。如图所示，一个阿尔法粒子现在正向前飞去。它没有正面朝向原子核，而是与原子核保持一定距离。当它最接近原子核时，当它最接近原子核时。(阿尔伯特爱因斯坦)(美国电视剧)。

　　碰撞参数越小，alpha粒子离原子核越近，斥力越大，偏转角度越大，碰撞参数越大，距离越远，斥力越小，偏转角度越小。这种关系很明显。

　　例如，通过原子核时，偏转角度为90度的阿尔法粒子正向飞去，此时我们可以看到这个阿尔法粒子的碰撞参数为1.5 z 10-16米。这个z和刚才一样，是原子核的单位电荷数。当然，这个计算过程比较复杂，这里就不说了。

　　但是我们可以看到，如果阿尔法粒子的偏转角度大于90度，碰撞参数必须小于1.5 z 10-16米。也就是说，阿尔法粒子必须更接近原子核。

　　即使我们下去，阿尔法粒子偏转角度大于90度的概率是多少。这里需要一些小技巧。也就是说，把阿尔法粒子和原子核之间的碰撞想象成一个以碰撞参数为半径的小圆盘，也就是把原子核想象成小圆盘。这个小圆盘都面对着阿尔法粒子。例如，偏转角度为90度时，这个小圆盘的半径为1.5 z 10-16米，为了使alpha粒子获得大于90度的偏转角度，必须击中圆盘内部。当然，碰撞参数也小于此盘的半径。是啊，这是可以理解的。

　　因此，阿尔法粒子以大于90度的概率散射的概率等于1.5 Z 10-16m半径的所有圆盘面积在金箔中所占的比例。也就是说，每个磁盘的面积乘以单位面积的平均原子数。

　　更不用说圆的面积公式了，每单位面积金原子的平均数是每平方米金箔的质量除以金原子的质量。

　　每平方米金箔的质量等于金的密度乘以金箔的厚度，金原子的质量也是已知的，所以每平方米金箔原子的数量可以计算为2.3 10 22。

　　这个数字乘以每个小圆盘的面积就知道了。实验中粒子以大于90的概率散射的概率是1.610-9Z吗？盖格测量值为1/20000，即5 10-5。

　　根据这个测量，我们还可以看到z值约为180。这表明金原子的核能负荷为180。显然是错的。今天我们知道这个值是79。

　　但是卢瑟福在1911年的论文中没有使用这个值，而是用小角度偏转测量的值，比较接近，是97。因此，最后盖格在实验中测量的阿尔法粒子从各个角度偏转的概率与卢瑟福官方预测的基本内容一致。

　　这验证了卢瑟福的行星原子模型是正确的。至少对原子核的描述是没问题的。还间接测量了核心的原子能电荷数。

　　好的，那么今天的内容到此为止。让我们准确地测量一下核电负荷的数量。下次再说。

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