结果：大多数散射角很小,约1/8000散射大于90°； 极个别的散射角等于180°.
结论：正电荷集中在原子中心.
卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验,实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性,实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据.在此基础上,卢瑟福提出了原子核式结构模型.
为了要考察原子内部的结构,必须寻找一种能射到原子内部的试探粒子,这种粒子就是从天然放射性物质中放射出的α粒子.卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔来进行实验,图14-1是这个实验装置的示意图.
在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po),它发出的α射线从铅盒的小孔射出,形成一束很细的射线射到金箔上.当α粒子穿过金箔后,射到荧光屏上产生一个个的闪光点,这些闪光点可用显微镜来观察.为了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果,整个装置放在一个抽成真空的容器内,带有荧光屏的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上移动.
实验结果表明,绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了较大的偏转,并有极少数α粒子的偏转超过90°,有的甚至几乎达到180°而被反弹回来,这就是α粒子的散射现象.
发生极少数α粒子的大角度偏转现象是出乎意料的.根据汤姆孙模型的计算,α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的,因为电子的质量不到α粒子的1/7400,α粒子碰到它,就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显的改变.正电荷又是均匀分布的,α粒子穿过原子时,它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分相互抵消,α粒子偏转的力就不会很大[图14-2(a)].然而事实却出现了极少数α粒子大角度偏转的现象.卢瑟福后来回忆说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事,它好比你对一张纸发射出一发炮弹,结果被反弹回来而打到自己身上……”卢瑟福对实验的结果进行了分析,认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域,才有可能出现α粒子的大角度散射.由此,卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型,认为在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核(nucleus),原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.
按照这一模型,α粒子穿过原子时,电子对α粒子运动的影响很小,影响α粒子运动的主要是带正电的原子核.而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎没有改变,如图14-2(b)中的1、3、4、6、7、9,只有极少数α粒子可能与核十分接近,受到较大的库仑斥力,才会发生大角度的偏转,如图14-2(b)中的2,5,8.
根据α粒子散射实验,可以估算出原子核的直径约为10-15米～10-14米,原子直径大约是10-10米,所以原子核的直径大约是原子直径的万分之一,原子核的体积只相当于原子体积的万亿分之一.