一种模拟卢瑟福α粒子散射的演示实验装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本实用新型涉及一种模拟卢瑟福α粒子散射的演示实验装置，属于演示教学实 验设备技术领域。
【背景技术】：
[0002] 19世纪末，J.J. Thomson(汤姆森）提出了最早的原子结构模型。他认为原子是一 个正电荷均匀分布的冻胶状的球，球的大小就是原子的尺寸，而带有负电荷的电子则嵌在 球内或球上。十三年后，根据在α粒子散射实验中观察到大角度散射现象，卢瑟福提出了 原子的核结构模型，即原子中的正电荷集中在一个很小的区域。这样可以产生很强的库仑 力作用，因而能观察到大角度的散射。由卢瑟福的理论和实验的散射角分布情况可以推算 出原子核的大小。然而在教学过程中直接引入这一著名理论与实验有一定的难度。 【实用新型内容】：
[0003] 针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种模拟卢瑟福α粒子散 射的演示实验装置。
[0004] 本实用新型的一种模拟卢瑟福α粒子散射的演示实验装置，它包含洗耳球、读数 支架、小钢珠、漏斗、发射铜管、聚氯乙烯散射靶、圆周护壁和蜡纸；读数支架设置在圆周护 壁的一侧，读数支架上水平设置有发射铜管，发射铜管的一端与洗耳球气密连接，发射铜管 的另一端与圆周护壁接触，发射铜管上设置有漏斗，漏斗连接开口，小钢珠内置漏斗中，聚 氯乙烯散射靶位于圆周护壁的中心位置，蜡纸贴于圆周护壁的内侧壁。
[0005] 作为优选，所述的小钢珠为I. 5-2. 5mm。
[0006] 作为优选，所述的蜡纸替换为复写纸。
[0007] 本实用新型的有益效果为：它结构简单的、测量精度较高、可以模拟卢瑟福α粒 子散射实验的演示教学实验装置，测量结果可以用于模拟计算分析的方法。
【附图说明】：
[0008] 为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0009] 图1为本实用新型的结构示意图，
[0010] 图2为本实用新型原理示意图。
[0011] 图中：1_洗耳球；2-读数支架；3-小钢珠；4-漏斗；5-发射铜管；6-聚氯乙烯散射 靶；7-圆周护壁；8-蜡纸。
【具体实施方式】：
[0012] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的 具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实 用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混 淆本实用新型的概念。
[0013] 如图1所示，本【具体实施方式】采用以下技术方案：它包含洗耳球1、读数支架2、小 钢珠3、漏斗4、发射铜管5、聚氯乙烯散射靶6、圆周护壁7和蜡纸8 ;读数支架2设置在圆周 护壁7的一侧，读数支架2上水平设置有发射铜管5,发射铜管5的一端与洗耳球1气密连 接，发射铜管5的另一端与圆周护壁7接触，发射铜管5上设置有漏斗4,漏斗4连接开口， 小钢珠3内置漏斗4中，聚氯乙烯散射靶6位于圆周护壁7的中心位置，蜡纸8贴于圆周护 壁7的内侧壁。
[0014] 进一步的，所述的小钢珠3为L 5-2. 5mm。
[0015] 进一步的，所述的蜡纸8替换为复写纸。
[0016] 本【具体实施方式】中洗耳球1、读数支架2、小钢珠 3、漏斗4和发射铜管5组成发射 枪装置，模拟α粒子源；聚氯乙烯散射靶6和圆周护壁7组成原子结构模型装置，模拟原子 内部结构；蜡纸或者复写纸贴于圆周护壁7的内侧用于记录演示实验装置实验结果。
[0017] 本【具体实施方式】使用时通过挤压所述洗耳球1使小钢珠 3从发射铜管5中稳定飞 出，可以上下左右调整发射铜管5位置并进行定位读数。
[0018] 如图2所示，本【具体实施方式】的工作原理为：小钢珠在一个垂直于散射靶轴线的 平面内与靶碰撞。每一粒小钢珠受靶散射后在蜡纸上留下明显的点痕。这个点痕对应着一 定的散射角Θ。根据小钢珠散射后的角分布情况，可以间接的测量出散射靶的直径，从而模 拟卢瑟福α粒子散射实验。
[0019] 由于靶是固定的，而碰撞又是弹性的，所以可以认为此实验中反射定理成立。当小 钢珠向靶发射时，瞄准距离在b与b-db之间的小钢珠数为：
[0020] dN = Idb
[0021] 式中I是b方向上单位长度内的小钢珠数。当N个小钢珠受靶散射后向着Θ与 Θ +d Θ间的角度射出，可以看出dN d Θ，且dN I，则可以得到：
[0023] 则将δ ( Θ )称为微分散射截面。δ ( Θ )与散射体的形状有关，从前式中有：
[0025] 则由于2 α + Θ = Ji，因此
因为
求微分得：
[0027] 负号表示Θ随b的增加而减小。则本实用新型中，微分散射截面可以表示为：
[0029] 将蜡纸或复写纸固定在圆筒内壁的半个圆周上，在中央处做好记号。从靶的外沿 (θ = π/2)处开始发射小钢珠，每次一粒，每个位置5~6粒。用读数支架上的轮毂逐渐 向靶中心位置移动，每次0.2mm直到对准中心位置（θ = π)。撞击完成后将蜡纸取下，等 分为若干相等长度的区间，则：
[0031] AN1为第i区间的碰撞记录点数，即模拟的第i区间获取的粒子数。由八^对
在直角坐标纸上作图，可以获得一条通过原点的直线。用最小二乘法拟合直线，其斜 率为
从而求出散射靶的半径R。
[0032] 在实验中，调节读数支架在每个位置发射6粒小钢珠，所以I = 6/0. 2mm = 30/m。 m实验完成后，取下蜡纸，除去两头固定痕迹不用，将剩余的蜡纸部分分成15个小区间，每 个小区间长度为4cm。则：
[0034]，其中r为圆周护壁的半径。
[0038] 由最小二乘法计算可知：
[0040] 与散射靶的实际直径27. 5mm相比较，相对误差为0. 25%。
[0041] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1. 一种模拟卢瑟福a粒子散射的演示实验装置，其特征在于：它包含洗耳球（1)、读数 支架（2)、小钢珠（3)、漏斗（4)、发射铜管（5)、聚氯乙烯散射靶（6)、圆周护壁（7)和蜡纸 (8);读数支架（2)设置在圆周护壁（7)的一侧，读数支架（2)上水平设置有发射铜管（5)， 发射铜管（5)的一端与洗耳球（1)气密连接，发射铜管（5)的另一端与圆周护壁（7)接触， 发射铜管（5)上设置有漏斗（4)，漏斗（4)连接开口，小钢珠（3)内置漏斗（4)中，聚氯乙烯 散射靶（6)位于圆周护壁（7)的中心位置，蜡纸⑶贴于圆周护壁（7)的内侧壁。2. 根据权利要求1所述的一种模拟卢瑟福a粒子散射的演示实验装置，其特征在于： 所述的小钢珠（3)为1. 5-2. 5mm。3. 根据权利要求1所述的一种模拟卢瑟福a粒子散射的演示实验装置，其特征在于： 所述的蜡纸（8)替换为复写纸。
【专利摘要】本实用新型公开了一种模拟卢瑟福α粒子散射的演示实验装置，它涉及演示教学实验设备技术领域，它包含洗耳球、读数支架、小钢珠、漏斗、发射铜管、聚氯乙烯散射靶、圆周护壁和蜡纸；读数支架设置在圆周护壁的一侧，读数支架上水平设置有发射铜管，发射铜管的一端与洗耳球气密连接，发射铜管的另一端与圆周护壁接触，发射铜管上设置有漏斗，漏斗连接开口，小钢珠内置漏斗中，聚氯乙烯散射靶位于圆周护壁的中心位置，蜡纸贴于圆周护壁的内侧壁。它结构简单的、测量精度较高、可以模拟卢瑟福α粒子散射实验的演示教学实验装置，测量结果可以用于模拟计算分析的方法。
【IPC分类】G09B23/20
【公开号】CN204990945
【申请号】CN201520647997
【发明人】张皓晶, 温元斌, 王文广, 张 雄
【申请人】云南师范大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月26日