高中定量 · 初中直观拓展 · 近代物理 · 库仑散射

原子几乎是空的,为什么还会大角度偏转?

非相对论α粒子散射于固定点状金核,忽略电子屏蔽及核力;轨迹仅示意渐近偏角。让入射线靠近原子核,比较偏转角。

问题的来处1909—1911年 · 金箔散射与原子核

卢瑟福散射:问题从哪里来?

盖革和马斯登让α粒子射向薄金箔,少数粒子竟大角度偏转。卢瑟福据此提出原子的正电荷集中在很小的核内。

读一段背景,带着问题动手

盖革和马斯登让α粒子射向薄金箔,少数粒子竟大角度偏转。卢瑟福据此提出原子的正电荷集中在很小的核内。

本页用经典库仑散射说明碰撞参数如何改变偏角。真实实验是大量粒子的统计,不是每一粒都正中原子核,也未包含量子散射。

现在,换你来试让入射线靠近原子核,比较偏转角。 固定其他条件,亲手将碰撞参数分别设为100和20fm,各核验一次;碰撞参数越小,偏转为什么越大?

卢瑟福散射

P30 / 近代物理
今天的问题

碰撞参数越小,偏转为什么越大?

独立探索要做什么?

让入射线靠近原子核,比较偏转角。 固定其他条件,亲手将碰撞参数分别设为100和20fm,各核验一次;碰撞参数越小,偏转为什么越大?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从200到10 fm逐步改变碰撞参数;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
核大小与轨道尺度均为示意 · 点核库仑模型
金球:点状金核青线:入射渐近线红线:出射渐近方向
看这里 · 渐近散射角48.9338 °

偏角48.93°;越近核的轨迹偏转越明显,真实原子尺度未按比例绘制。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

渐近散射角
48.9338 °

偏角48.93°;越近核的轨迹偏转越明显,真实原子尺度未按比例绘制。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

能量增大后,同一碰撞参数的偏转会怎样?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

tan(θ/2)=kZze²/(2Eb),Z=79,z=2;使用e²/(4πε₀)=1.439964 MeV·fm。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

碰撞参数越小,偏转为什么越大?

换个条件,再试一次

能量增大后,同一碰撞参数的偏转会怎样?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识近代物理 · 库仑散射涉及的量与单位:碰撞参数(fm)、α粒子能量(MeV)。高中定量 · 初中直观拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:让入射线靠近原子核,比较偏转角。

再做定量:保持其他条件,比较碰撞参数与渐近散射角(°),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

tan(θ/2)=kZze²/(2Eb),Z=79,z=2;使用e²/(4πε₀)=1.439964 MeV·fm。

对照核验提示:远掠:碰撞参数 100 fm;近掠:只改变碰撞参数 20 fm。按这些题设自己操作并比较渐近散射角,不把参考情景当个人完成。

适用范围:偏角48.93°;越近核的轨迹偏转越明显,真实原子尺度未按比例绘制。

OpenStax · Rutherford’s Nuclear Model(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。