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卢瑟福散射：用 α 粒子探测原子
把准直的 α 束射向金箔并追踪轨迹：几乎全部穿过，少数偏转，极个别直接反弹回来。
目标
重建少数 α 粒子背散射如何迫使人们得出结论：原子几乎全部质量集中于微小的带正电原子核。
仪器与试剂
置于带窄出射孔铅块中的 α 源、约 0.4 µm 厚的金箔、每次击中即闪光的硫化锌屏——全部处于真空中。
步骤
- 沿最粗的红色束线从源到金箔再到荧光屏——这是绝大多数 α 粒子的轨迹。
- 找到从金箔斜向出射的两条细线——从原子核附近经过而偏转的 α 粒子。
- 找到折返回源方向的那条线——令卢瑟福震惊的 1/8000 事件。
- 比较三种束线的粗细，判断每种结果出现的频率。
观察要点
- 绝大多数 α 粒子径直穿过——原子大部分是空的。
- 一小部分偏转几度——与某个小而带电的物体发生近距离接触。
- 背散射之所以存在，只有当正电荷和质量集中在远小于原子的区域中。
讲解
在葡萄干布丁模型中正电荷遍布整个原子，因此又重又快的 α 粒子绝不可能从薄箔上反弹回来。观测到的约 1/8000 背散射比例催生了卢瑟福 1911 年模型：一个极小的原子核（约 m，原子约 m）携带全部正电荷和几乎全部质量。同样的核图像后来解释了同位素——电荷 Z 相同但中子数不同的核，如 /——并把 α、β、γ 衰变统一为核内过程。
相关化学家
虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型，不能替代真实实验和安全培训；没有指导请勿在家自行重复。