基本支撑体系物理学史库物理学家【省一等奖】

卢瑟福生平卢瑟福(1871～1937)出生于新西兰一个农场主的家庭，1894年毕业于喀捷贝尔大学，并获得了由1851年伦敦博览会提供的奖学金，使他有机会去英国继续学习。卢瑟福在英国剑桥大学卡文迪许实验室学习了三年，当时领导实验室的是卓越的物理学家汤姆生。1896年，贝克勒耳发现了钠盐能发射出穿透力很强的辐射。不久卢瑟福就证明了这种“铀射线”与X射线不同，它是由两种成分组成的。他把能够使大量原子电离但易被吸收的射线叫α射线(1908年证实α射线就是氦核)，把电离能力较弱而贯穿能力很强的射线叫β射线(后来证实是电子流)。不久，维拉德又发现了第三种成分的射线——γ射线。卢瑟福从放射性的研究中发现，钍及其化合物衰变成一种气体，接着再衰变成一种未知的放射性物质。1902年，他跟化学家F·索迪一起研究了三族放射性元素——镭、钍和锕，提出了放射性现象乃是一种放射性元素的原子自发地衰变为完全不同的另一种元素的原子的过程。这个理论打破了自道尔顿以来牢固地建立起来的原子不可分的观念。由于他对元素衰变的研究，获得了1908年诺贝尔物理奖。卢瑟福是天才的实验物理学家。在研究放射现象的同时，他利用当时的实验条件，对原子的结构进行了实验研究。1909年，卢瑟福交给一位新来的学生、青年物理学家马斯登一项简单的任务，要他数一数穿过各种物质薄片(金、铜、铝等)的α粒子，这些薄片是放在放射源和荧光屏之间的，卢瑟福想看一看马斯登能不能看到什么奇异现象。当时大家都接受汤姆生的原子模型。按照这种模型，α粒子应该很容易地穿过原子球，不应该发生散射现象。但是马斯登注意到，虽然绝大多数的α粒子穿过了薄片，但是仍然可以看到散射现象——有一些粒子好象是跳回来了。实验重复了很多次，卢瑟福经过深入的研究和思考以后，得出了下面的结论：原子是一个很复杂的系统，它有一个带正电的核(原子核)，在核周围的一定轨道上转动着带负电的电子。1918年，卢瑟福接替退休的汤姆生的职位，担任著名的卡文迪许实验室主任，他在那里一直工作到逝世。1919年，他用α粒子轰击氮原子，结果氮原子转变成一个氧原子加一个氢原子，第一次实现了原子核的人工转变，开辟了核能研究的新时代。1920年，他还预见到中子以及氯、氦同位素的存在。【例1】α粒子的散射实验证明了：A．原子有一个很小的核；B．原子核集中了原子的全部正电荷；C．原子核集中了原子的全部质量；D．原子核是由质子和中子组成。【分析思路】α粒子的散射实验与卢瑟福的原子核式结构学说是统一的。而原子的核式结构与原子核的构造是两个不同的概念。这样可确定本题答案。【解题方法】卢瑟福的原子核式结构学说。【解题】答案A、B。【例2】已知电子质量为×10-31kg，带电量为×10-19C，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为×10-10m时，求电子绕核运动的速度、频率、动能和等效的电流强度。【分析思路】圆周运动的公式在此处照常适用。根据库仑力公式可求出电子与核之间的库仑力。而此力充当电子绕核旋转的向心力。这样可求出速度和周期，继而再求出频率、动能、等效电流强度。【解题方法】匀速圆周运动知识、库仑力知识、电流强度定义等。【解题】根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力。可知：而v=2πfr0设电子运动周期为T，则电子绕核的等效电流强度：【例3】下面列举的现象中，哪个是卢瑟福在α粒子散射实验中观察到的，并据以得出原子的核式结构现象：A．大多数α粒子发生较大角度偏转，少数α粒子仍按原方向前进；B．多数α粒子发生较大角度偏转，少数α粒子按原方向前进或被弹回；C．绝大多数α粒子被弹回。少数α粒子按原方向前进；D．极少数α粒子发生较大偏转，甚至被弹回。【分析思路】根据α粒子散射实