乐学物理●趣分享
十大经典物理实验
9. α 粒子散射实验
对微观粒子的研究在现代物理中是一个非常重要的分支，人类在很长的一段时间内一直认为原子是组成物质的最小粒子，对原子结构的探究也是经历了相当长的过程。
英国自然科学家约翰·道尔顿于1803年提出了第一个原子模型，他认为原子是一个坚硬的实心小球，是组成物质的最小粒子，无法再分。并且同种元素的原子各种性质和质量都相同。
虽然后来这一模型被证明是错误的，但是道尔顿第一次将原子从哲学带人化学研究之中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。
约瑟夫·约翰·汤姆生在1897年发现电子，否定了道尔顿的“实心球模型”。
（约瑟夫·约翰·汤姆生）
1904年，约瑟夫·约翰·汤姆生提出了“葡萄干蛋糕模型”：原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“葡萄干布丁”，故名“枣糕模型”或“葡萄干蛋糕模型”；或是像西瓜子分部在西瓜瓤中，所以也叫“西瓜模型”。这一模型是第一个存在着亚原子结构的原子模型。
卢瑟福(1871—1937)在 1898 年发现了 α 射线。1911 年卢瑟福在曼彻斯特大学做放射能实验时，原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”，即大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒，但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的 a 射线微粒时有少量被弹回，这使他们非常吃惊。
通过计算证明，只有假设正电球集中了原子的绝大部分质量，并且它的直径比原子直径小得多时，才能正确解释这个不可想象的实验结果。为此卢瑟福提出了原子的有核模型：原子并不是一团糊状物质，大部分物质集中在一个中心的小核上，称之为核子，电子在它周围环绕。
（α粒子轰击金箔示意图）
这是一个开创新时代的实验，是一个导致原子物理和原子核物理肇始的具有里程碑性质的重要实验。同时他推演出一套可供实验验证的卢瑟福散射理论。
以散射为手段研究物质结构的方法，对近代物理有相当重要的影响。一旦我们在散射实验中观察到卢瑟福散射的特征，即所谓“卢瑟福影子”，则可预料到在研究的对象中可能存在着“点”状的亚结构。
此外，卢瑟福散射也为材料分析提供了一种有力的手段。根据被靶物质大角散射回来的粒子能谱，可以研究物质材料表面的性质(如有无杂质及杂质的种类和分布等)，按此原理制成的“卢瑟福质谱仪”已得到广泛应用。
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