XXXXX粒子散射实验应该搞清楚的几个问题
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第29卷第8期 2008年鶐 物理教师 PHYSI CS TEACHER Vbl ．29 No．8 ( 2008) 粒/&子散射实验应该搞清楚的/几个问题 陆某某 ( 华东师范/$大学，XX鶨200062；**_*学，江苏XX225700) / 口粒/&子散射实验被誉为世界上最美的1 0个实验之/ 一 ( 实验装置如图1 所示) ，在讲解此实验时要注意让学/c生弄鵆 清楚以下/几个问题． 1什么/d用叫各散种射粒实 /&子验 --?X射线、电/&子和/ 口粒/&子轰击很薄的物 质层，通过观察这些粒/&子穿过物质层后的偏转情况，获得原 /&子结构的信息，这种实验叫做散射实验． 2为什么/d用/ 口粒/&子的散射实验现象可以研究原/&子的结 构? 原/&子的结构/浅＝裘埽?d用/ 一般的/E方法/F无法探测它内部 的结构，要认识原/&子的结构，需要/d用/几咚倭?&子对它进/徯喧轰 击． ( 1 ) 由于/ 口粒/&子具有/溩愎坏哪芰岿~可以接近原/&子的中 /<心． ( 2) / 口粒/&子可以使荧光物质发光，如果/ 口粒/&子与其他粒 /&子发/c生相互作/d用，改变了运动的/E方向，荧光屏便鵨能够显示出 它的/E方向变化． a粒/&子 图1 3实验装置为什么要装在真空环境中? 因为a粒/&子很容易使空/S气电离，在空/S气中只能前进/几 厘/v米． 4为什么a粒/&子的散射实验/d用的是/瘗 箔?能否/d用轻/瘗 属? 为了尽可能确切地研究轰击粒/&子与靶原/&子间的单个碰 撞，希望靶越薄越好，否则多次碰撞将掩盖单次碰撞产/c生的 效应．/瘗 的优点在于：( 1) /瘗 是重/瘗 属；( 2) /瘗 的延展性强，容 易做成厚为1 ban的薄/Z片，以使绝/$大多数/ 口粒/&子穿过/瘗 箔 后仍沿原来的/E方向前进；( 3) /瘗 的化学性质稳定，不鵪易与荧 光粉发/c生化学反应；( 4) /瘗 的原/&子序数/$大，带的正电荷就多， 对a粒/&子的库仑斥/力鶌/$大，/ 口粒/&子与其碰撞后的散射.平且簿? 很/$大；( 5) / 口粒/&子的散射.平怯氚胁牧嚣镜脑?&子量鶁成正/P比，/瘗 的 原/&子量鶁/$大，当/ 口粒/&子与其碰撞时，/ 口粒/&子的运动状态改变明 显． 所以a粒/&子的散射实验也可/d用银、铂等重/瘗 属，/}而若 /d用铝等轻/瘗 属实验现象就不鵪明显． 5绝/$大多数/ 口粒/&子在穿过/瘗 箔时。它们的运动/E方向没有 发/c生明显的变化能说明什么? /瘗 箔的厚度/$大约1 t an，/瘗 原/&子的直径/$大约是3× 1 0—1 0 m，相当于穿过3 000多个/瘗 原/&子的厚度．绝/$大多数/ 口粒/&子 在穿过/瘗 箔时，它们的运动/E方向没有发/c生明显的变化，这个 现象表明了/ 口粒/&子在穿过/瘗 箔时，基本上没有受到/力鶌的作 /d用；说明原/&子内部是/十分空旷的． 6为什么说/$大.平嵌壬⑸洳基g可能是/ 口粒/&子碰撞电/&子造成 的? 电/&子不鵪可能使/ 口粒/&子发/c生/$大.平嵌壬⑸洌? 口粒/&子跟电/&子 碰撞过程中，两者动量鶁的变化相等，由于/ 口粒/&子的质量鶁约 是电/&子质量鶁的7 300倍，在碰撞前后，质量鶁/$大的a粒/&子速度 /几乎不鵪变，/}而质量鶁/)小的电/&子速度要发/c生改变，因此，/ 口粒/&子 与电/&子正碰时。不鵪会出现被反弹回来的现象．发/c生/嵌?<心碰 撞时，/ 口粒/&子也不鵪会有/$大.平嵌鹊钠?偶?&子使a粒/&子 在速度的/$大/)小和/E方向上的改变都是/十分微/)小的． 7为什么说a粒/&子的散射实验否定了汤姆/c生的枣糕式原 /&子模型? 按照汤姆/c生的原/&子模型，正电荷在原/&子内部均匀地分 布，/ 口粒/&子穿过原/&子时，由于粒/&子两侧正电荷对它的斥/力鶌有 相当/$大/ 一部分互相抵消，使/ 口粒/&子偏转的/力鶌也不鵪会很/$大．/ 口 粒/&子的/$大.平嵌壬⑸湎窒蟆Ｋ得魈滥?c生的枣糕模型不鵪符合原 /&子结构的实际情况． ( 收稿/G日期：2008/ 一04—07) 表示) ．/ 一台/二氧化碳/S气体激光器?发出的激光，功率为Po， 射出光束的横截/婊猄，当它垂直照射到/ 一物体表/娌?被全部反射时，试求该激光束对物体的“ 光压” ． L 解析：由光/&子的动量鶁表达式P=÷ 和爱因斯坦的质能 ^ /E方程E=批2( 其中c为光速) ，可推得每个光/&子的能量鶁E l， 与动量鶁的关系为：P=旦．考察激光器?在辐射过程中的/ 一段 C / 口． 时间At 内辐射的能量鶁为Eo=Po· At ，因此共有，l =笔个 光/&子照射到物体表/妫哉舛问奔淠谒泄?&子动量鶁的增 量鶁和为：卸=咒· 2户=鲁· 2詈=2P。oAt，再由动量鶁定理得： F=鲤At=孚，因此该激光束对物体产/c生的“ 光压” 为：A= F 2Po S cS‘ 由以上各例可以看出。动量鶁定理是解决流体问题的强 有/力鶌//工具，在应/d用时，既要注意“ 微元” 的选取和物理模型的 建/t立，/ 又要注意动量鶁定理的/n矢量鶁性． ( 收稿/G日期：2008—04—1 5) / 一1 7— 万/E方某某 请点击下方选择您需要的文档下载。
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