卢瑟福α粒子散射实验模拟器

实验原理

卢瑟福α粒子散射实验是物理学中的著名实验之一。通过α粒子散射实验，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型。

实验使用α粒子（带正电的氦核）轰击极薄的金箔，观察α粒子的散射情况：

• 绝大多数α粒子几乎直线穿过：说明原子内部大部分是空的
• 少数α粒子发生大角度偏转：说明原子中心有一个带正电的核
• 极少数α粒子反向弹回：说明原子核质量大且体积小

实验装置

实验装置主要由四个关键部分组成

• α粒子源：通常使用放射性元素（如镭或钋）作为源
• 金箔靶：金的延展性极好，可制成极薄的金箔（约10⁻⁷米）
• 荧光屏：当α粒子撞击时会产生微弱闪光
• 显微镜：与荧光屏组成可绕金箔旋转的探测系统

整个装置置于真空容器中，排除空气分子对α粒子运动的干扰。

物理公式

根据卢瑟福α粒子散射实验公式（略），其中：

• Z：原子核电荷数
• e：电子电荷
• E：α粒子能量
• θ：散射角

该公式预测散射粒子数与sin⁴(θ/2)成反比，与实验结果高度吻合。