《三级大物实验报告-卢瑟福散射实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三级大物实验报告-卢瑟福散射实验（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 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 : 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 粒子以速度入射，当 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 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：2 22202241rrmrZeE（1）Lbmmr2（2）由（1）式和（2）式可以证明 粒子的路线是双曲线，偏转角 与瞄准距离 b有如下关系：202242ZeEbct
2、g（3）设EZea0242，则abctg22（4）设靶是一个很薄的箔，厚度为t，面积为 s，则图 3.3-1 中的dbds2，一个 粒子被一个靶原子散射到方向、d范围内的几率 ,也就是 粒子打在环ds上的概率 ,即d sasdbbsds2sin82cos2232(5) 若用立体角d表示, 由于ddd2cos2sin42sin2则有d sdasds2sin1642 (6) 为求得实际的散射的 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 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0N ,则体积 st内原子数为stN0， 粒
3、子打在这些环上的散射角均为，因此一个 粒子打在薄箔上， 散射到方向且在d内的概率为stNsds0。若单位时间有 n 个 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 粒子为：2sin42414220200dEZetnNstNsdsndn（7）经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面tdNndndd01)(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（10tN）散射到角附近单位立体角内的概率。因此，2sin1 42 41)(422200EZe tdnNdn dd（8）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：2
4、sin12296.142EZdd（9）其中，dd的单位为srmb/，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 粒子总数N应是：Tnt mZeN2/sin41422 0220（10）式中N为该时间T内射到靶上的 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，在方面上内所观察到的 粒子数N与散射靶的核电荷Z、 粒子动能2021m及散射角等因素都有关。实验内容 ：1.熟悉各装置的作用和使用方法
5、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 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 粒子计数 ,计数时间分别为200 秒,400秒,600 秒,1000 秒,2000 秒. 6.作)2(sin14N的拟和曲线 . 实验数据 （原始数据纸质提交）：散射角 3035404550数量/时间369/200s 378/400s 359/600s 324/1000s 5
6、08/2000s 单位时间计数N/100s 184.5 94.5 59.8 32.4 25.4 4sin (/2)PN0.828 0.773 0.818 0.695 0. 810 做曲线拟合：误差分析 ：本实验中有以下几点可能产生误差：（1）选取初始位置时，很难做到取到严格的0 度位置，这是因为在找初始位置时是每隔 1 度取一个点，找 N 值最大点， 1 度对于精确的理论实验来说，仍无法保证找到的就是严格意义上的0 度点。303540455020406080100120140160180200N30354045500.680.700.720.740.760.780.800.820.84P（2）
7、本实验采取的是统计规律的方法，而统计规律的基本要求就是大量重复试验，本实验中记录的5 组数据偏少，并且在实验中测量的时间偏短（测量的最短时间为200 秒，最长的时间只是 2000 秒） ，在这样一段时间内测量到的数据，不一定是辐射源在这个角度上单位时间内辐射出的粒子数，会与实际辐射数有一定的区别，这会使实验数据不准确。（3）放射性物质本身的不稳定性，使其在相同时间内辐射出的粒子数不都相同，这就使原本测量时间就不很足够的实验变得更加不准确。（4）实验仪器的精度以及实验者的经验、实验中的操作都可能带来实验误差。思考题 : 根据卢瑟福公式 )2(sin14N应为常数，本实验的结果有偏差吗？试分析原因。答:实验结果有一定的偏差 .有多方面的因素会使实验结果产生偏差: 1.真空室并不是真正的真空,而是还残存少量的空气分子,这些空气分子有一定的概率与 粒子碰撞使 粒子发生偏转 . 2.卢瑟福公式是在金箔靶足够薄,仅有一层靶原子的理想实验条件下的理论公式 .而实际上金箔靶有一定的厚度, 少量 粒子可能发生多次散射 . 3.实验结果的好坏还与探测器的性能有关. 4. 粒子的计数服从统计规律,在有限次实验的情况下偶然误差无法消除.
