【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。?

第八章原子的結(jié)構(gòu)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！??

§8-3 α 粒子的散射實(shí)驗(yàn)

【01】發(fā)現(xiàn)電子后，科學(xué)家們逐漸了解了電子的各種基本特性，并且認(rèn)識(shí)到電子是各種元素原子的共同組成部分，但是另一方面又知道，原子是相當(dāng)穩(wěn)定的中性體。既然一切原子都具有帶負(fù)電的電子，那么原子中就必然有帶正電的物質(zhì)存在。原子中的正負(fù)電荷究竟是怎樣分布的呢？

【02】1903年，湯姆遜提出了一種原子模型。按照湯姆遜的原子模型，原子中的正電荷是以均勻的密度分布在一個(gè)大小等于整個(gè)原子的球體內(nèi)，而荷負(fù)電的點(diǎn)電荷（即電子）則分布在球體內(nèi)的不同位置上，并且分別以各種頻率在各自的平衡位置附近振動(dòng)。這個(gè)原子模型，由于缺乏實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)又和粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相矛盾，因此很快就被科學(xué)家們拋棄了。

【03】所謂 α 粒子的散射實(shí)驗(yàn)，就是利用?α?粒子來(lái)沖擊原子，從而根據(jù)?α?粒子的散射情況來(lái)探測(cè)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)。圖8·8就是有關(guān)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖。圖中 B 是一個(gè)插在套筒 C 上的可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形金屬匣；在套筒中心安裝一個(gè)桿子，桿上裝置一片金質(zhì)的散射薄片 F【這里所以用金質(zhì)的薄片是因?yàn)榻鸬恼寡有詮?qiáng)，能壓得非常薄而不會(huì)裂開(kāi)】，它還跟一個(gè)安置放射性物質(zhì)的鉛制小管 R 相連，但跟 B 匣是不相關(guān)的。M 是顯微鏡，在它前面裝有熒光屏 S，它們與 B 匣連在一起，在轉(zhuǎn)動(dòng) B 匣時(shí)，就可以調(diào)節(jié)顯微鏡 M 和熒光屏?S 的位置，使它們對(duì)準(zhǔn)所要觀察的方向。而散射薄片 F 和放射性物質(zhì) R 都是固定不動(dòng)的。

【04】實(shí)驗(yàn)時(shí)，先從下方把 B 匣內(nèi)的空氣抽掉，以避免使粒子由于空氣分子的影響而發(fā)生附加的散射。如果在 F 處不安裝散射薄片，那就只有在把顯微鏡 M 和熒光屏 S 調(diào)節(jié)到對(duì)準(zhǔn)放射性物質(zhì)（氡）的位置時(shí)，才能觀察到 α 粒子在熒光屏上所激發(fā)的閃光（圖8·9(a)）。由于每一次閃光就相當(dāng)于一顆?α?粒子打在熒光屏上，因此在這一位置上連續(xù)不斷地看到閃光，而在其他位置上看不到閃光就表明?α?粒子是直線進(jìn)行的。如果在 F 處裝上散射薄片（金箔），那么轉(zhuǎn)動(dòng) B 匣，不論使顯微鏡和熒光屏處在什么位置上，都能觀察到閃光（圖8·9(b)），這表明由放射性物質(zhì)發(fā)出的?α?粒子通過(guò)金箔后向不同的方向發(fā)生了散射，記下在每單位時(shí)間內(nèi)射到不同散射角 θ 方向上【熒光屏與散射薄片的聯(lián)線和散射薄片的法線之間所成的角度是?α?粒子的散射角】單位面積內(nèi)的?α?粒子數(shù)，就得出：粒子通過(guò)金箔后的散射情況。

【05】應(yīng)該怎樣來(lái)解釋?α?粒子通過(guò)金箔所發(fā)生的散射現(xiàn)象呢？這顯然不是由于金原子內(nèi)電子的作用所引起的。因?yàn)?α?粒子的質(zhì)量比電子的質(zhì)量大得多，約是電子質(zhì)量的7300倍【電子的質(zhì)量約為氫原子的1/1837，α 粒子是失去 2 個(gè)電子的氦原子，已知氦原子量為4.003，約是氫原子的4倍，因此 α 粒子的質(zhì)量約是電子質(zhì)量的4×1837倍，即7300倍左右】，所以電子對(duì)它的引力不可能使?α?粒子發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)?？梢?jiàn)?α?粒子的散射現(xiàn)象主要是受到金原子內(nèi)正電荷的推斥作用。根據(jù)湯姆遜的原子模型，正電荷是均勻地分布在整個(gè)原子中的，這樣，金原子和?α?粒子間的相互作用就不會(huì)很強(qiáng)，因而?α?粒子的散射角就不可能很大。但是根據(jù)蓋革和馬斯敦在1909年按上述方法實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的?α?粒子經(jīng)過(guò)金箔后散射的角度是不大的，有的甚至仍然保持直線軌跡，就好象沒(méi)有金箔一樣；但有少數(shù)的?α 粒子散射的角度卻很大，約有 1/8000 的?α?粒子的散射角在 90° 以上，有的幾乎達(dá)到 180°，說(shuō)明它們?cè)跊_擊金箔后從原路上被頂了回來(lái)，就象碰到比它硬得多的東西一樣，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果如果采用湯姆遜的原子模型是無(wú)法解釋的，這就意味著，在原子中帶正電荷的物質(zhì)并不均勻地分布著。