卢瑟福粒子散射实验中为何使用的是金箔?方颖（浙江省宁波市奉化中学315500）在高中物理《原子的核式结构
原子核》的一课中卢瑟福
粒子散射实验中是用
射线打击金箔,课后有学生问到“为何卢瑟福选择用金箔?是否可以用铝、铜、铁等其他材料代替吗?”如果教师在这方面知识没有研究,那么一时是回答不出来的,本人认为这个学生考虑的问题很有意义也是很有思想的,当年卢瑟福不使用其他材料,而用金箔是有科学原因的.对于这个问题应该从
卢瑟福当年研究α射线开始分析.
英国物理学家欧内斯特·卢瑟福在汤姆逊的指导下,卢瑟福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线.
卢瑟福设计的巧妙的实验,他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里,在铅容器上只留一个小孔.由于铅能挡住放射线,所以只有一小部分射线从小孔中射出来,成一束很窄的放射线.卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的磁铁,结果发现有一种射线不受磁铁的影响,保持直线行进.第二种射线受磁铁的影响,偏向一边,但偏转得不厉害.第三种射线偏转得很厉害.
卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚度的材料,观察射线被吸收的情况.第一种射线不受磁场的影响,说明它是不带电的,而且有很强的穿透力,一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进,只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住,称为γ射线.第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边,从磁场的方向可判断出这种射线是带正电的,这种射线的穿透力很弱,只要用一张纸就可以完全挡住它.这就是卢瑟福发现的α射线.第三种射线由偏转方向断定是带负电的,性质同快速运动的电子一样,称为β射线.卢瑟福对他自己发现的α射线特别感兴趣.他经过深入细致的研究后指出,α射线是带正电的粒子流,这些粒子是氦原子的离子,即少掉两个电子的氦原子.卢瑟福对于汤姆逊提出的原子模型加以证实,他用α射线轰击其他物质,因为
卢瑟福通过实验发现了α射线并已经知道α射线的穿透力很弱,为了使实验中的现象明显,
所以卢瑟福在做著名的
粒子散射实验之前卢瑟福先是用
射线打击云母片,因为云母片可以做的薄足以让
射线穿过,但做了实验发现
粒子的偏转很小,经测定偏角在2o以下．他让助手盖革也在做这方面的实验,盖革发现射线的散射角与靶材料的原子量成正比,也就是被打物体的原子量越大,那么出现大角度散射现象越明显,因为我们知道原子量越大的材料原子核所带正电荷量越大,那么
射线在穿行时所受到的库仑力就大,另外原子量大的元素原子核的质量也大,那么当
粒子打到比自己质量大的多的原子核时会出现反弹现象.所以他们要选择重金属靶进行散射实验．原子量大的金属比较多,那么选择那一种呢?因为射线的穿透能力不强,一张普通的纸就可以挡住,所以这个重金属靶必须要让
粒子散射实验时,
粒子穿过有3000层金原子的厚度的金箔,绝大多数的
粒子仍是保持原来的方向前进,说明原子中是很空旷的.
在我们的教学中会有学生问出一些教师平时不注意的问题,做为教师应该很好的把握这些问题,经过钻研和分析,不仅满足学生的求知欲,也对教师自身的发展有很大的好处.