盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)課件上課用

盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)本課件將帶領(lǐng)大家探索盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，揭示原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的奧秘，并探討實(shí)驗(yàn)的意義和影響。實(shí)驗(yàn)背景探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)19世紀(jì)末，物理學(xué)家對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還很有限，當(dāng)時(shí)流行的湯姆遜模型認(rèn)為原子是一個(gè)帶正電荷的球體，而帶負(fù)電荷的電子均勻分布在球體內(nèi)部。需要新的實(shí)驗(yàn)方法為了更深入地了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家們需要新的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)探測(cè)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證或推翻現(xiàn)有的原子模型。當(dāng)時(shí)的原子模型湯姆遜的漿球模型認(rèn)為原子像一個(gè)充滿正電荷的球體，而電子均勻分布在球體內(nèi)部，如同果凍中的葡萄。這種模型簡(jiǎn)單易懂，但缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。湯姆遜的漿球模型湯姆遜是一位英國(guó)物理學(xué)家，他于1897年發(fā)現(xiàn)了電子。他提出的漿球模型，是當(dāng)時(shí)人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的普遍認(rèn)識(shí)。但該模型無(wú)法解釋?duì)亮Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)未知當(dāng)時(shí)，人們對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還很模糊，急需新的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)探測(cè)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證或推翻現(xiàn)有的原子模型。要探測(cè)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了探測(cè)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們需要一種能夠穿透原子并與原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用的探針。選擇使用α粒子盧瑟福選擇使用α粒子作為探針，因?yàn)棣亮Ｗ泳哂幸韵绿攸c(diǎn)：α粒子性質(zhì)α粒子是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的氦原子核，帶正電荷，質(zhì)量較大，能量較高，能夠穿透物質(zhì)，并與原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用。α粒子源盧瑟福選用了放射性元素鐳作為α粒子源，鐳能夠發(fā)射出大量的α粒子。實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)盧瑟福設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置，他將α粒子源放置在一個(gè)鉛盒中，并用一個(gè)狹縫來(lái)控制α粒子的方向。金箔靶盧瑟福將α粒子束照射到金箔靶上，金箔靶非常薄，僅有幾千個(gè)原子層。觀察到的現(xiàn)象盧瑟福用熒光屏來(lái)觀察α粒子的散射情況，他發(fā)現(xiàn)α粒子束在穿過(guò)金箔后，產(chǎn)生了三種現(xiàn)象：直線散射大部分α粒子穿過(guò)金箔后，沒(méi)有改變方向，繼續(xù)沿直線前進(jìn)。角度散射一部分α粒子穿過(guò)金箔后，發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度大小不一。極角分布盧瑟福仔細(xì)觀察α粒子散射的分布情況，發(fā)現(xiàn)散射角的大小與α粒子的數(shù)量之間存在著某種規(guī)律。散射角愈大，粒子愈少散射角越大，α粒子的數(shù)量越少。這表明，偏轉(zhuǎn)角度較大的α粒子數(shù)量遠(yuǎn)少于偏轉(zhuǎn)角度較小的α粒子數(shù)量。散射角分布非均勻α粒子的散射角分布并非均勻的，而是集中在某個(gè)角度附近，這說(shuō)明α粒子與金箔原子發(fā)生相互作用時(shí)，并非是與均勻分布的正電荷發(fā)生作用。散射角分布數(shù)學(xué)分析盧瑟福對(duì)α粒子散射的分布情況進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，他發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法用湯姆遜的漿球模型來(lái)解釋。湯姆遜漿球模型無(wú)法解釋根據(jù)湯姆遜的漿球模型，α粒子穿過(guò)金箔時(shí)，應(yīng)該只發(fā)生輕微的偏轉(zhuǎn)，因?yàn)殡娮淤|(zhì)量很小，對(duì)α粒子影響不大。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至有部分α粒子被反彈回來(lái)，這與湯姆遜模型的預(yù)測(cè)結(jié)果相矛盾。提出新的原子模型為了解釋?duì)亮Ｗ由⑸涞默F(xiàn)象，盧瑟福提出了一個(gè)新的原子模型，即原子核模型。質(zhì)子和電子的分布盧瑟福的原子核模型認(rèn)為，原子是由一個(gè)帶正電荷的原子核和圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子組成的。原子核集中了原子的絕大部分質(zhì)量，帶正電荷。電子帶負(fù)電荷，在原子核周圍運(yùn)動(dòng)，形成電子云。原子核模型原子核模型解釋了α粒子散射的現(xiàn)象，它認(rèn)為α粒子能夠被金箔原子核反彈回來(lái)，是因?yàn)棣亮Ｗ优c原子核發(fā)生碰撞，由于原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，因此α粒子能夠被反彈回來(lái)。原子核半徑極小α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明，原子核的半徑遠(yuǎn)小于原子的半徑，原子核的體積只占原子體積的極小部分，但集中了原子絕大部分的質(zhì)量。絕大多數(shù)α粒子穿透而過(guò)由于原子核的體積很小，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔時(shí)，不會(huì)與原子核發(fā)生碰撞，而是直接穿透而過(guò)。少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)大角度只有少數(shù)α粒子能夠與原子核發(fā)生碰撞，并發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被反彈回來(lái)。解釋散射角分布原子核模型能夠解釋?duì)亮Ｗ由⑸浣欠植嫉默F(xiàn)象，因?yàn)樗軌蚪忉尀槭裁创蟛糠枝亮Ｗ記](méi)有偏轉(zhuǎn)，而少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。發(fā)現(xiàn)原子核盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，是原子物理學(xué)史上的一個(gè)里程碑，它為我們揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，證實(shí)了原子核的存在。原子核內(nèi)聚力α粒子散射實(shí)驗(yàn)還表明，原子核內(nèi)部存在著強(qiáng)大的內(nèi)聚力，才能將帶正電荷的質(zhì)子緊密地束縛在一起。原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，它是由質(zhì)子和中子組成的。質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電荷。原子核質(zhì)量和電荷原子核的質(zhì)量主要來(lái)自于質(zhì)子和中子，原子核的電荷來(lái)自于質(zhì)子。原子的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的總數(shù)，原子序數(shù)等于質(zhì)子的數(shù)量。質(zhì)子和中子質(zhì)子和中子都是由更小的粒子，即夸克組成的。質(zhì)子是由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成的，而中子是由一個(gè)上夸克和兩個(gè)下夸克組成的。原子核構(gòu)型原子核的形狀和大小會(huì)根據(jù)原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的數(shù)量而有所不同，原子核的構(gòu)型對(duì)原子的性質(zhì)有著重要的影響。原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)原子序數(shù)是元素在元素周期表中的排列位置，它代表了原子核中質(zhì)子的數(shù)量。質(zhì)量數(shù)是原子核中質(zhì)子和中子的總數(shù)。同位素同位素是指具有相同原子序數(shù)但質(zhì)量數(shù)不同的原子。例如，碳有三種同位素：碳-12、碳-13和碳-14。它們都具有相同的原子序數(shù)（6），但質(zhì)量數(shù)不同。原子核的穩(wěn)定性原子核的穩(wěn)定性取決于原子核中質(zhì)子和中子的比例。某些原子核比較穩(wěn)定，而另一些原子核則是不穩(wěn)定的，會(huì)發(fā)生放射性衰變。放射性衰變放射性衰變是指不穩(wěn)定原子核自發(fā)地釋放出粒子或射線，并轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的過(guò)程。放射性衰變的類型包括α衰變、β衰變和γ衰變。α衰變?chǔ)了プ兪侵冈雍朔懦鲆粋€(gè)α粒子，而轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)新的原子核的過(guò)程。α粒子是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的氦原子核。β衰變?chǔ)滤プ兪侵冈雍朔懦鲆粋€(gè)電子或正電子，并轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)新的原子核的過(guò)程。β衰變分為β-衰變和β+衰變。γ衰變?chǔ)盟プ兪侵冈雍藦募ぐl(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，釋放出γ射線的過(guò)程。γ射線是一種高能量的光子，它沒(méi)有質(zhì)量，也不帶電荷。堿金屬元素堿金屬元素是指元素周期表中第一族元素，如鋰、鈉、鉀、銣、銫和鈁。堿金屬元素都是活潑的金屬，易與水反應(yīng)生成氫氣。鹵素元素鹵素元素是指元素周期表中第17族元素，如氟、氯、溴、碘和砹。鹵素元素都是非金屬元素，具有很強(qiáng)的氧化性。實(shí)驗(yàn)意義與影響盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)是原子物理學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)起到了巨大的推動(dòng)作用。原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)為我們揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，證實(shí)了原子核的存在，并對(duì)原子核的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識(shí)。奠定現(xiàn)代原子物理基礎(chǔ)盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)代原子物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，它為后續(xù)的研究提供了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)方法。開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法上都具有開創(chuàng)性，它為我們