一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實驗裝置的制造方法
【技術領域】：
[0001] 本實用新型涉及一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實驗裝置，屬于演示教學實 驗設備技術領域。
【背景技術】：
[0002] 19世紀末，J.J. Thomson(湯姆森）提出了最早的原子結構模型。他認為原子是一 個正電荷均勻分布的凍膠狀的球，球的大小就是原子的尺寸，而帶有負電荷的電子則嵌在 球內或球上。十三年后，根據在α粒子散射實驗中觀察到大角度散射現象，盧瑟福提出了 原子的核結構模型，即原子中的正電荷集中在一個很小的區域。這樣可以產生很強的庫侖 力作用，因而能觀察到大角度的散射。由盧瑟福的理論和實驗的散射角分布情況可以推算 出原子核的大小。然而在教學過程中直接引入這一著名理論與實驗有一定的難度。 【實用新型內容】：
[0003] 針對上述問題，本實用新型要解決的技術問題是提供一種模擬盧瑟福α粒子散 射的演示實驗裝置。
[0004] 本實用新型的一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實驗裝置，它包含洗耳球、讀數 支架、小鋼珠、漏斗、發射銅管、聚氯乙烯散射靶、圓周護壁和蠟紙；讀數支架設置在圓周護 壁的一側，讀數支架上水平設置有發射銅管，發射銅管的一端與洗耳球氣密連接，發射銅管 的另一端與圓周護壁接觸，發射銅管上設置有漏斗，漏斗連接開口，小鋼珠內置漏斗中，聚 氯乙烯散射靶位于圓周護壁的中心位置，蠟紙貼于圓周護壁的內側壁。
[0005] 作為優選，所述的小鋼珠為I. 5-2. 5mm。
[0006] 作為優選，所述的蠟紙替換為復寫紙。
[0007] 本實用新型的有益效果為：它結構簡單的、測量精度較高、可以模擬盧瑟福α粒 子散射實驗的演示教學實驗裝置，測量結果可以用于模擬計算分析的方法。
【附圖說明】：
[0008] 為了易于說明，本實用新型由下述的具體實施及附圖作以詳細描述。
[0009] 圖1為本實用新型的結構示意圖，
[0010] 圖2為本實用新型原理示意圖。
[0011] 圖中：1_洗耳球；2-讀數支架；3-小鋼珠；4-漏斗；5-發射銅管；6-聚氯乙烯散射 靶；7-圓周護壁；8-蠟紙。
【具體實施方式】：
[0012] 為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的 具體實施例來描述本實用新型。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實 用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混 淆本實用新型的概念。
[0013] 如圖1所示，本【具體實施方式】采用以下技術方案：它包含洗耳球1、讀數支架2、小 鋼珠3、漏斗4、發射銅管5、聚氯乙烯散射靶6、圓周護壁7和蠟紙8 ;讀數支架2設置在圓周 護壁7的一側，讀數支架2上水平設置有發射銅管5,發射銅管5的一端與洗耳球1氣密連 接，發射銅管5的另一端與圓周護壁7接觸，發射銅管5上設置有漏斗4,漏斗4連接開口， 小鋼珠3內置漏斗4中，聚氯乙烯散射靶6位于圓周護壁7的中心位置，蠟紙8貼于圓周護 壁7的內側壁。
[0014] 進一步的，所述的小鋼珠3為L 5-2. 5mm。
[0015] 進一步的，所述的蠟紙8替換為復寫紙。
[0016] 本【具體實施方式】中洗耳球1、讀數支架2、小鋼珠 3、漏斗4和發射銅管5組成發射 槍裝置，模擬α粒子源；聚氯乙烯散射靶6和圓周護壁7組成原子結構模型裝置，模擬原子 內部結構；蠟紙或者復寫紙貼于圓周護壁7的內側用于記錄演示實驗裝置實驗結果。
[0017] 本【具體實施方式】使用時通過擠壓所述洗耳球1使小鋼珠 3從發射銅管5中穩定飛 出，可以上下左右調整發射銅管5位置并進行定位讀數。
[0018] 如圖2所示，本【具體實施方式】的工作原理為：小鋼珠在一個垂直于散射靶軸線的 平面內與靶碰撞。每一粒小鋼珠受靶散射后在蠟紙上留下明顯的點痕。這個點痕對應著一 定的散射角Θ。根據小鋼珠散射后的角分布情況，可以間接的測量出散射靶的直徑，從而模 擬盧瑟福α粒子散射實驗。
[0019] 由于靶是固定的，而碰撞又是彈性的，所以可以認為此實驗中反射定理成立。當小 鋼珠向靶發射時，瞄準距離在b與b-db之間的小鋼珠數為：
[0020] dN = Idb
[0021] 式中I是b方向上單位長度內的小鋼珠數。當N個小鋼珠受靶散射后向著Θ與 Θ +d Θ間的角度射出，可以看出dN d Θ，且dN I，則可以得到：
[0023] 則將δ ( Θ )稱為微分散射截面。δ ( Θ )與散射體的形狀有關，從前式中有：
[0025] 則由于2 α + Θ = Ji，因此
因為
求微分得：
[0027] 負號表示Θ隨b的增加而減小。則本實用新型中，微分散射截面可以表示為：
[0029] 將蠟紙或復寫紙固定在圓筒內壁的半個圓周上，在中央處做好記號。從靶的外沿 (θ = π/2)處開始發射小鋼珠，每次一粒，每個位置5~6粒。用讀數支架上的輪轂逐漸 向靶中心位置移動，每次0.2mm直到對準中心位置（θ = π)。撞擊完成后將蠟紙取下，等 分為若干相等長度的區間，則：
[0031] AN1為第i區間的碰撞記錄點數，即模擬的第i區間獲取的粒子數。由八^對
在直角坐標紙上作圖，可以獲得一條通過原點的直線。用最小二乘法擬合直線，其斜 率為
從而求出散射靶的半徑R。
[0032] 在實驗中，調節讀數支架在每個位置發射6粒小鋼珠，所以I = 6/0. 2mm = 30/m。 m實驗完成后，取下蠟紙，除去兩頭固定痕跡不用，將剩余的蠟紙部分分成15個小區間，每 個小區間長度為4cm。則：
[0034]，其中r為圓周護壁的半徑。
[0038] 由最小二乘法計算可知：
[0040] 與散射靶的實際直徑27. 5mm相比較，相對誤差為0. 25%。
[0041] 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行 業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型 要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1. 一種模擬盧瑟福a粒子散射的演示實驗裝置，其特征在于：它包含洗耳球（1)、讀數 支架（2)、小鋼珠（3)、漏斗（4)、發射銅管（5)、聚氯乙烯散射靶（6)、圓周護壁（7)和蠟紙 (8);讀數支架（2)設置在圓周護壁（7)的一側，讀數支架（2)上水平設置有發射銅管（5)， 發射銅管（5)的一端與洗耳球（1)氣密連接，發射銅管（5)的另一端與圓周護壁（7)接觸， 發射銅管（5)上設置有漏斗（4)，漏斗（4)連接開口，小鋼珠（3)內置漏斗（4)中，聚氯乙烯 散射靶（6)位于圓周護壁（7)的中心位置，蠟紙⑶貼于圓周護壁（7)的內側壁。2. 根據權利要求1所述的一種模擬盧瑟福a粒子散射的演示實驗裝置，其特征在于： 所述的小鋼珠（3)為1. 5-2. 5mm。3. 根據權利要求1所述的一種模擬盧瑟福a粒子散射的演示實驗裝置，其特征在于： 所述的蠟紙（8)替換為復寫紙。
【專利摘要】本實用新型公開了一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實驗裝置，它涉及演示教學實驗設備技術領域，它包含洗耳球、讀數支架、小鋼珠、漏斗、發射銅管、聚氯乙烯散射靶、圓周護壁和蠟紙；讀數支架設置在圓周護壁的一側，讀數支架上水平設置有發射銅管，發射銅管的一端與洗耳球氣密連接，發射銅管的另一端與圓周護壁接觸，發射銅管上設置有漏斗，漏斗連接開口，小鋼珠內置漏斗中，聚氯乙烯散射靶位于圓周護壁的中心位置，蠟紙貼于圓周護壁的內側壁。它結構簡單的、測量精度較高、可以模擬盧瑟福α粒子散射實驗的演示教學實驗裝置，測量結果可以用于模擬計算分析的方法。
【IPC分類】G09B23/20
【公開號】CN204990945
【申請號】CN201520647997
【發明人】張皓晶, 溫元斌, 王文廣, 張 雄
【申請人】云南師范大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年8月26日