α粒子散射实验分析
-
α粒子散射实验分析
第
200
26
6
凳第
2
期
JournalOfSc.
焉
Te
科
ach
学<
/p>
ersCollegeandUniversity
年月
fscj
蚰
ccfV
o
1.26No.1Feb.20o6
文章编号
:1007
—
9831(2006)01
—
0092
—
03
粒子散射实验分析
陈文
,
陈刚
(1.
齐齐哈尔市教育教学研究院
,<
/p>
黑龙江齐齐哈尔
161005;2.
齐齐
哈尔实验中学
.
黑
龙江齐齐哈尔
161006)
摘要
:
粒子散射实验为原子结构理论的建立与发展提供了强有力的证明
,
< br>对粒子散
射实验中观察
到的事
实
,
从定性分析
,
理论推证
,
实验校对的方法
3
个方面
,
进行了深入探究
< br>,
以便
加深对粒子散
射实验和卢瑟福的
原子核式结构
模型的全面理解
.
关键词<
/p>
:
粒子散射实验
;
卢瑟福散射公式
:
核式结构
模型
中圈分类号
:0
562.5
文献标识码
:A
在
2o
世纪初
,
许多科
学家对原子的核式结构进行了大胆的探索和实验
,
其中具有
代表性的是英国物
理学家卢瑟福为解释粒
子散射中有大角度散射的现象而进行的实验
,
即着名的粒
子散射实验
,
提出了
核式结构模型
本文从定性
,
定量
,
< br>和实验理论
3
个方面对粒子散射实验进行深入
分析
,
探究
,
对该实
验有一个全面
,
细致的理解
.
1
仅粒子散射实验的定性分析
从粒子源发射的
Ot
粒子经一细的通道后形成
一
束细线
,
打在金箔的薄膜上
,
通过一带有放大
镜
,
方向可
以改变的装置对粒子进行观察
(
见图
1
).
Ⅸ粒子
i
壤
1.1
实验事实
粒子受箔薄膜散射时
,
绝大多数平均只有
2
～
3.
的
偏转
,
但是有
1/8000
的粒子偏转大于
9o..
其中有个
别粒子散射接近
180..
1.2
实验现象分析
图
1Ot
粒子散射实验装置
大角散射绝对不是偶然性小角散射的累积
,
不是
Ot
粒子和电子碰撞的结果
,
因为
Ot
粒子的质量是电
子质量的
7300
倍
,
如果二者发生碰撞
,
由于动量改变量相等
,
所以
Ot<
/p>
粒子的速度改
变会很小
.
只有极少数
Ot
粒子从原子
核附近飞过
,
从而发生大角度偏转
.<
/p>
核式结构模型的提出
,
从理论上
解释了大角度偏转的实
验事实
,
把人们对原子世界的认识向前推进了一步
.
2
粒子散射实验的定量分析
如图
2
所示
,
在粒子散射中
,
设偏转角为
0,
瞄准距离为
b,
粒子的初速度
为
Uo,d
粒子
经过原予核
附近时
,
二者之间存在
库仑斥力
:
,={(1)4'rr@rr
< br>式中
z
为核电荷
,
为基本电荷
,
岛为绝对介电常数
,r
为核与
d
粒子问的距离
.
当
d
粒
子在其轨道点
时
.
则
:
,FsiI
收撬日期
:2005
—
09
—
0^ <
/p>
作者简介
:
陈文
(1957
一
),
男
< br>,
黑龙江拜泉人
.
剐研究员
.
主要从事高中物理教学研究
(2)
第
1
期陈文等
:a
粒子散射实验分析
Fcos~p(3)
其中
,
是水平线
(
即粒子的射入方向
)
与
M
点的
矢径
r
之间的夹角
.
应用角动量定理
.
并把坐标系的原点取在原子核上
,
由于径向力不产生力矩
.
角动量是常数
.
所以在点的角
动
量与点
M
的角动量是相等的
.
即
:
(~/uob)=()-jIf(4)
1
此处应用了极坐标
.
从
(4)
可以解出寺
.
得
:
,
图
2
带电粒子的库仑散射图
÷
(5),6
如果只考虑垂直于最初
飞行方向的运动
.
由牛顿第二定律得
:
m
慧
s
㈩
如果将这点上的
1/,
用式
(5)
右边来表示
,
并对时间
积分
,
令
.:;
五
,
便得到
s
㈩
为了决
定积分限
,
把点推移到无穷远
.
则库仑力没有作用
=0,
角度
;0.
为了决定入射方向与散射后粒子方向之间的散射角
0,
把点推移到无穷远
.
这时
,
角
将通过关系
式
p=180.
一
0,
只与
0
角有关
.
在很大的距离上势能为零
.
因此
.
由于能量守恒
,
点的末
速度等于点的
初速度
.
又由于
=180.
< br>一
0,
所以
.ivosmO.
利用挚川
f=
如
将积分关系
(7)
写成
:
厂厂
s
如
(8)
s(1+
∞
s)(9)
再利用三角变换
L=
∞
0(
1o)
就得到所要求的碰撞参数
6
与
偏转角
0
之间的关系
导
(11)