是什麼讓α粒子掉頭就跑？
記得嗎，你還學過化學
記得嗎，你還學過化學
李政老師
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【說在前面】
這是一篇很長的科普，請大家耐心閱讀，謝謝！
-賞用愉快-
【1】電子的發現
公元前5世紀前後，古希臘哲學家德謨克利特等人最先提出世界上千千萬萬種物質是由最微小、堅不可入且不可再分的微粒所構成。這種微粒叫做「原子」，希臘語原意即「不可分割」。在很長的一段時間裡，人們都認為原子是最小微粒且不可分割。
直到1897年約瑟夫·約翰·湯姆遜根據放電管中的陰極射線在電磁場和磁場作用下的軌跡確定陰極射線中的粒子帶負電，並測出其荷質比，這可是歷史上第一次發現電子，也打破了人們對於原子不可分的觀點。
通常情況下，原子是電中性的，而電子是原子的組成部分，電子帶負電且質量又很小，那麼原子里一定還有帶正電的且集中了原子幾乎所有質量的部分。電子和原子中帶正電的部分是怎樣組成原子的呢？
科學家們曾提出了幾種原子模型，湯姆遜提出的原子模型是：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球體內，電子則鑲嵌在球內（就像一個葡萄乾蛋糕一樣）。
【2】α粒子散射實驗
英國物理學家盧瑟福想證明湯姆遜原子模型的正確性，但卻在α粒子散射實驗中發現，實驗結果卻否定了葡萄乾蛋糕模型。
下圖為α粒子散射實驗器材圖，主要由：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡和轉動圓盤幾部分組成。
實驗過程中，熒光屏和顯微鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上轉動，可以觀察到穿過金箔後偏轉角度不同的α粒子的徑跡，當α粒子撞到熒光屏，就會觀察到閃光點。
根據湯姆孫的觀點，觀察到的現象應該是幾乎所有的α粒子都根據原來的路徑穿過金箔，到達另一端（如下圖）
但盧瑟福觀察到的現象卻不是這樣。他觀察到α粒子穿過金箔後「絕大多數」沿原來的方向前進； 「少數」發生了較大的偏轉； 「極少數」發生了大角度偏轉；「個別」甚至被反彈。（如下圖）
【3】
原子的核式結構
α粒子究竟是撞上了什麼龐然大物，使得個別粒子甚至掉頭就跑？
答案就是原子核。
由於電子帶負電，質量很小，不可能使動能較大的α粒子產生大角度偏轉。若按湯姆遜原子模型，原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球內，α粒子穿過原子時由於α粒子周圍正電荷對它的斥力有相當一部分互相抵消，使α粒子偏轉的力也不會很大，因此α粒子的大角度偏轉說明湯姆遜模型與實驗事實不符。
實驗現象中的「絕大多數」α粒子穿過金箔後方向沒有明顯改變，表明α粒子在穿過時基本上沒有受到力的作用，說明原子中的絕大部分幾乎是空的，實驗現象中的「極少數」α粒子發生了大角度偏轉，「有的甚至」反彈回來，說明α粒子在原子中的某些地方受到了質量、電量均比α粒子本身大得多的原子核的作用。盧瑟福利用α粒子束去轟擊金箔，由於金的原子序數很大，這樣金原子跟α粒子有足夠大的庫侖力（電荷之間的相互作用力），使產生的物理現象更為明顯。
根據這樣的實驗現象，盧瑟福總結得出原子的核式結構模型：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核高速旋轉。
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