三级大物实验报告卢瑟福散射实验_大物实验报告答案

2020-02-28 其他范文下载本文

三级大物实验报告卢瑟福散射实验由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“大物实验报告答案”。

实验题目：卢瑟福散射实验

实验目的：通过卢瑟福核式模型，说明α粒子散射实验，验证卢瑟福散射理论；并学习应用散射实验研究物质结构的方法。

实验原理: α粒子散射理论

（1）库仑散射偏转角公式

设原子核的质量为M，具有正电荷+Ze，并处于点O，而质量为m，能量为E，电荷为2e的α粒子以速度入射，当α粒子进入原子核库仑场时，一部分动能将改变为库仑势能。设α粒子最初的的动能和角动量分别为E和L，由能量和动量守恒定律可知：

2Ze2m

222（1）Err40r2

1mrmbL（2）2

由（1）式和（2）式可以证明α粒子的路线是双曲线，偏转角θ与瞄准距离b有如下关系：

ctg

2402Eb（3）2Ze2

2b2Ze2设a，则ctg（4）2a40E

设靶是一个很薄的箔，厚度为t，面积为s，则图3.3-1中的ds2，一个α粒子被一个靶原子散射到方向、d范围内的几率,也就是α粒子打在环ds上的概率,即

ds2bdb

2a2cos



8in3d(5)

2若用立体角d表示,由于

d2sin

4sin2d

2cosd2

则 ds有sa2d16in4d(6)

为求得实际的散射的α粒子数，以便与实验进行比较，还必须考虑靶上的原子数和入射的α粒子数。

由于薄箔有许多原子核,每一个原子核对应一个这样的环,若各个原子核互不遮挡,设单位体积内原子数为N0,则体积st内原子数为N0st，α粒子打在这些环上的散射角均为，因此一个α粒子打在薄箔上，散射到方向且在d内的概率为dsN0ts。s

若单位时间有n个α粒子垂直入射到薄箔上，则单位时间内方向且在d立体角内测得的α粒子为：

12Ze2ddsdnnN0ts（7）4E4nN0tssin402

经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面 22

d()dn1 dnN0td

其物理意义为，单位面积内垂直入射一个粒子（n=1）时，被这个面积内一个靶原子（N0t1）散射到角附近单位立体角内的概率。

因此，1d()dndnN0td4022Ze21（8）4Esin

422

这就是著名的卢瑟福散射公式。

代入各常数值，以E代表入射粒子的能量，得到公式： d12Z1.296dEsin42（9）

其中，d的单位为mb/sr，E的单位为Mev。

卢瑟福理论的实验验证方法

为验证卢瑟福散射公式成立，即验证原子核式结构成立，实验中所用的核心仪器为探测器。

设探测器的灵敏度面对靶所张的立体角为，由卢瑟福散射公式可知在某段时间间隔内所观察到的α粒子总数N应是：

1N402Ze2m2

0ntT（10）sin4/22

式中N为该时间T内射到靶上的α粒子总数。由于式中N、、等都是可测的，所以（10）式可和实验数据进行比较。由该式可见，在方面上内所观

12察到的α粒子数N与散射靶的核电荷Z、α粒子动能m0及散射角等因素都

2有关。

实验内容：

1.熟悉各装置的作用和使用方法

2.调节样品台,使放射源对准探测器.盖上真空室盖,抽出真空室中的空气.3.调节示波器,观察输出波形,调节线性放大器的放大倍数,使输出波形最大不失真.4.调节步进机,在-5°到+5°范围内每隔1°记下2秒内α粒子的计数,找到其中最大的计数,将该角度设置为0°.5.在30°到50°区间内每隔5°分别对α粒子计数,计数时间分别为200秒,400秒,600秒,1000秒,2000秒.6.作N1的拟和曲线.sin4(2)

实验数据（原始数据纸质提交）：

做曲线拟合：

N200

180

160

140

120

°

P0.8

40.82

0.80

0.78