盧瑟福粒子散射實驗的意思、盧瑟福粒子散射實驗的詳細解釋

盧瑟福粒子散射實驗的解釋

由盧瑟福等人所做的α粒子穿透金屬薄膜後向各個方向散射的實驗。之前湯姆生認為中性原子中的等量正負電荷均勻分布在原子内。1911年盧瑟福用帶正電的α粒子轟擊金屬薄膜，發現不同散射角度的粒子數目不一，經分析，他認為原子由帶正電的很小的原子核與核外電子組成，提出了原子的行星模型。

詞語分解

• 實驗的解釋 ∶設計來檢驗一個理論或證實一種假設而進行的一系列操作或活動經實驗證明,這一理論是不正确的 ∶指實驗的工作生物實驗詳細解釋.實際的效驗。 漢 王充 《論衡·遭虎》：“等類衆多，行事比肩，略舉較著，以

專業解析

盧瑟福粒子散射實驗（Rutherford alpha particle scattering experiment）是物理學史上具有裡程碑意義的實驗現象，指1909年由歐内斯特·盧瑟福指導、蓋革與馬斯登完成的用α粒子轟擊金箔的實驗。該實驗通過觀測α粒子穿過金屬箔後的偏轉情況，揭示了原子内部結構，并推翻了當時主流的“棗糕模型”（湯姆孫原子模型）。以下是詳細解釋：

一、術語定義

1. 盧瑟福（Ernest Rutherford）

   新西蘭裔英國物理學家，被譽為核物理學之父。該實驗以其姓氏命名，體現其對原子結構研究的開創性貢獻。

2. 粒子散射（Particle Scattering）

   “散射”在漢語中意為“分散傳播”，此處特指帶電粒子（α粒子）受原子内部電場作用而發生運動方向偏轉的現象。

3. 實驗核心現象

   絕大多數α粒子直線穿透金箔（表明原子内部存在廣闊空間），少數發生較大角度偏轉（證實存在高密度帶正電的核心），極個别被反向彈回（證明核心質量極大）。

二、實驗的科學意義

1. 提出原子核式結構模型

   實驗結果表明：

   • 原子中心存在原子核（nucleus），集中了全部正電荷及絕大部分質量；
   • 電子繞核高速運動，原子核體積僅為原子體積的$10^{-15}$倍。 公式推導依據庫侖斥力定律：

     $$ F = frac{k q_1 q_2}{r} $$ 其中$q_1$、$q_2$為α粒子與原子核電荷量，$r$為距離。

2. 推翻棗糕模型

   湯姆孫模型認為正電荷均勻分布于原子内，無法解釋大角度散射現象。盧瑟福模型通過數學計算（散射公式）與實驗數據吻合，成為現代原子理論基石。

三、權威來源參考

1. 學術定義來源

   • 《物理學名詞》（第三版），科學出版社，2019年：明确規範“盧瑟福散射”為專業術語。
   • 《中國大百科全書·物理學卷》：詳述實驗原理及曆史地位。

2. 原始文獻與科學史

   • 盧瑟福論文 "The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom" (Philosophical Magazine, 1911) 首次提出核式模型。
   • 諾貝爾獎官網傳記頁記載其獲獎理由（1922年化學獎）：“對元素衰變及放射化學的研究”。

實驗示意圖（原理）

α粒子源 → ▮▮▮▮ → 金箔
↑
閃爍屏（檢測偏轉粒子）

注：實際裝置包含真空環境與粒子探測器。

此實驗不僅定義了原子結構認知的轉折點，“盧瑟福散射”更成為粒子物理中分析微觀相互作用的經典方法。

網絡擴展解釋

盧瑟福粒子散射實驗（又稱金箔實驗或α粒子散射實驗）是1909年由漢斯·蓋革和恩斯特·馬斯登在盧瑟福指導下完成的物理學裡程碑實驗，其核心目的是驗證湯姆生原子模型的正确性，并最終推動了原子核式結構模型的提出。

實驗内容與現象

1. 實驗設計
   用高能α粒子（氦原子核，帶正電）轟擊極薄的金箔（厚度約微米級），通過觀察α粒子的偏轉情況推斷原子内部結構。

2. 關鍵現象

   • 絕大多數α粒子（約99.9%）直接穿過金箔，偏轉極小；
   • 極少數α粒子（約1/8000）發生大角度偏轉（超過90°），甚至被反彈。

實驗結論與意義

1. 推翻湯姆生模型
   湯姆生提出的“葡萄幹面包模型”認為原子内正電荷均勻分布，但實驗顯示大角度散射無法通過該模型解釋。

2. 提出核式結構模型
   盧瑟福推斷：

   • 原子中心存在一個極小的原子核（半徑約$10^{-14}$米），集中了幾乎全部質量和正電荷；
   • 電子繞核運動，原子大部分區域是“空曠”的。

3. 公式推導
   盧瑟福通過庫侖力作用推導出α粒子散射公式： $$ frac{N(theta)}{N_0} propto frac{1}{sin(theta/2)} $$ 該公式與實驗數據吻合，進一步驗證了核式模型的正确性。

科學意義

• 開創了原子結構研究的先河，為量子力學和現代原子物理學奠定基礎；
• 揭示了微觀粒子間作用力的規律，推動了粒子物理學發展。

如需更完整信息，可參考搜狗百科及實驗現象分析。

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