§2 盧瑟福模型的提出

1、問題的提出：原子是中性的，意味著原子中還有帶正電的部分，且它是原子質量的絕大部分。那么原子中帶正電的部分和帶負電的電子在原子線度范圍內是如何分布和運動的？J.J.Thomson的“葡萄干面包”模型： 原子的正電荷均勻分布在整個原子球體內；電子則鑲嵌其中，且電子分布在一個個環(huán)上，環(huán)上只能安置有限個電子。Philipp Lenard的中性微粒模型： 原子內部的電子和相應的正電荷組成中性微粒，取名“動力子”(dynamids)，無數動力子浮游在原子內部的空間。 Lenard曾研究陰極射線，由于(真空度低)沒有觀察到陰極射線的任何偏轉，所以堅持“以太”說。但他在陰極射線管的末端嵌上厚為2.65m的薄鋁

2、箔，發(fā)現在鋁窗口會逸出射線。(1894年)他們認為這又是以太說的有力證據，只有波才能穿越實物。 1902年，勒納德已經接受陰極射線是電子束的結論。這時他又重新解釋他自己發(fā)現的陰極射線穿透金屬箔的現象。他認為這事件說明金屬中的原子并非實心球，其中必有大量的空隙。因此提出他的中性微粒模型。*J.J.Thomson正是根據勒納德的薄窗實驗的結果才認為陰極射線載荷子比分子小得多，對他發(fā)現電子有促進作用。勒納德的模型未獲得實驗證實，影響不大。長岡半太郎(Hantaro Nagaoka)土星模型(1904年)： 原子內的正電荷集中于中心，電子均勻的分布在繞正電球旋轉的圓環(huán)上。* 在勒納德薄窗實驗結果的基礎

3、上提出的；* 實際上已經提出原子核的概念；*和其它的原子有核模型一樣，未獲充分證據證實。致命弱點是無法滿足經典理論提出的穩(wěn)定性要求。 到1910年，最有影響的模型還是J.J.Thomson的模型。但是，一方面要滿足經典理論對穩(wěn)定性的要求，另一方面，要能解釋實驗事實，而這兩方面往往是矛盾的。 在湯姆孫的原子模型中最重要的是原子內的電子數n。開始他估計n=1000A。為了檢驗這個數據，湯姆孫建立了散射理論并設計了X射線和射線實驗，希望通過射線和原子中的電子的相互作用，探明原子內部的電子數目。 湯姆孫和他的學生通過實驗判斷，n與A同數量級。1910年，克勞瑟根據湯姆孫的散射理論，推證n=3A；而盧瑟

4、福根據散射實驗得到nA/2。 這是湯姆孫和他的學生對原子理論的一項貢獻。這項工作導致了大角度散射實驗證實了原子核的存在。 盧瑟福在研究射線對物質的作用時，發(fā)現射線在底片上形成的圖像可以利用湯姆孫的散射理論解釋。 1908年，盧瑟福的助手蓋革(G. Geiger)在用閃爍法觀察散射時，發(fā)現金箔的散射作用比鋁箔的強。盧瑟福建議蓋革系統(tǒng)地考察不同物質的散射作用，并讓學生馬斯登(E. Marsden)協作工作。 在1909年觀察到一個重要現象，就是粒子受鉑的薄膜散射時，絕大多數和過去所觀察的情況一樣，平均只有23度的偏轉，但也有約1/8000的粒子偏轉大于90，其中有的接近180。 盧瑟福對這一實驗結

5、果感到吃驚，因為這無法用湯姆孫的實心帶電球(即前面提到的“葡萄干面包模型”)模型和散射理論解釋。也不能用多次散射理論解釋。盧瑟福對這一問題苦思幾個星期，終于在1910年底，經過數學推算，證明： 只有正電球的直徑小于原子作用球的直徑， 粒子穿越單個原子時，才有可能產生大角度散射。盧瑟福的原子有核模型： 原子的中心有一帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質量，電子圍繞這個核旋轉，核的尺寸與整個原子相比是很小的。湯姆孫模型的定量估算： 在rR時，兩種模型的與球外帶電粒子的相互作用是一樣的。 在rR時，相互作用就完全不同了。對盧瑟福模型，當粒子非?？拷雍藭r，就有可能被反彈回來。FFOORRrr兩種不同電荷分布引起的不同相互作用 對于湯姆孫模型，最大作用力發(fā)生于掠射，即r=R。即掠射對應著這種模型的最大偏轉。Rpppppp=Ft取R0.1nm 如果粒子是與原子中的電子碰撞，可以估算出最