一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置，屬于演示教學(xué)實(shí) 驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 19世紀(jì)末，J.J. Thomson(湯姆森）提出了最早的原子結(jié)構(gòu)模型。他認(rèn)為原子是一 個(gè)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(fù)電荷的電子則嵌在 球內(nèi)或球上。十三年后，根據(jù)在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中觀察到大角度散射現(xiàn)象，盧瑟福提出了 原子的核結(jié)構(gòu)模型，即原子中的正電荷集中在一個(gè)很小的區(qū)域。這樣可以產(chǎn)生很強(qiáng)的庫(kù)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(shí)驗(yàn)的散射角分布情況可以推算 出原子核的大小。然而在教學(xué)過程中直接引入這一著名理論與實(shí)驗(yàn)有一定的難度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】：
[0003] 針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種模擬盧瑟福α粒子散 射的演示實(shí)驗(yàn)裝置。
[0004] 本實(shí)用新型的一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置，它包含洗耳球、讀數(shù) 支架、小鋼珠、漏斗、發(fā)射銅管、聚氯乙烯散射靶、圓周護(hù)壁和蠟紙；讀數(shù)支架設(shè)置在圓周護(hù) 壁的一側(cè)，讀數(shù)支架上水平設(shè)置有發(fā)射銅管，發(fā)射銅管的一端與洗耳球氣密連接，發(fā)射銅管 的另一端與圓周護(hù)壁接觸，發(fā)射銅管上設(shè)置有漏斗，漏斗連接開口，小鋼珠內(nèi)置漏斗中，聚 氯乙烯散射靶位于圓周護(hù)壁的中心位置，蠟紙貼于圓周護(hù)壁的內(nèi)側(cè)壁。
[0005] 作為優(yōu)選，所述的小鋼珠為I. 5-2. 5mm。
[0006] 作為優(yōu)選，所述的蠟紙?zhí)鎿Q為復(fù)寫紙。
[0007] 本實(shí)用新型的有益效果為：它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、測(cè)量精度較高、可以模擬盧瑟福α粒 子散射實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量結(jié)果可以用于模擬計(jì)算分析的方法。
【附圖說明】：
[0008] 為了易于說明，本實(shí)用新型由下述的具體實(shí)施及附圖作以詳細(xì)描述。
[0009] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0010] 圖2為本實(shí)用新型原理示意圖。
[0011] 圖中：1_洗耳球；2-讀數(shù)支架；3-小鋼珠；4-漏斗；5-發(fā)射銅管；6-聚氯乙烯散射 靶；7-圓周護(hù)壁；8-蠟紙。
【具體實(shí)施方式】：
[0012] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面通過附圖中示出的 具體實(shí)施例來(lái)描述本實(shí)用新型。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí) 用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混 淆本實(shí)用新型的概念。
[0013] 如圖1所示，本【具體實(shí)施方式】采用以下技術(shù)方案：它包含洗耳球1、讀數(shù)支架2、小 鋼珠3、漏斗4、發(fā)射銅管5、聚氯乙烯散射靶6、圓周護(hù)壁7和蠟紙8 ;讀數(shù)支架2設(shè)置在圓周 護(hù)壁7的一側(cè)，讀數(shù)支架2上水平設(shè)置有發(fā)射銅管5,發(fā)射銅管5的一端與洗耳球1氣密連 接，發(fā)射銅管5的另一端與圓周護(hù)壁7接觸，發(fā)射銅管5上設(shè)置有漏斗4,漏斗4連接開口， 小鋼珠3內(nèi)置漏斗4中，聚氯乙烯散射靶6位于圓周護(hù)壁7的中心位置，蠟紙8貼于圓周護(hù) 壁7的內(nèi)側(cè)壁。
[0014] 進(jìn)一步的，所述的小鋼珠3為L(zhǎng) 5-2. 5mm。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的蠟紙8替換為復(fù)寫紙。
[0016] 本【具體實(shí)施方式】中洗耳球1、讀數(shù)支架2、小鋼珠 3、漏斗4和發(fā)射銅管5組成發(fā)射 槍裝置，模擬α粒子源；聚氯乙烯散射靶6和圓周護(hù)壁7組成原子結(jié)構(gòu)模型裝置，模擬原子 內(nèi)部結(jié)構(gòu)；蠟紙或者復(fù)寫紙貼于圓周護(hù)壁7的內(nèi)側(cè)用于記錄演示實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0017] 本【具體實(shí)施方式】使用時(shí)通過擠壓所述洗耳球1使小鋼珠 3從發(fā)射銅管5中穩(wěn)定飛 出，可以上下左右調(diào)整發(fā)射銅管5位置并進(jìn)行定位讀數(shù)。
[0018] 如圖2所示，本【具體實(shí)施方式】的工作原理為：小鋼珠在一個(gè)垂直于散射靶軸線的 平面內(nèi)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(diǎn)痕。這個(gè)點(diǎn)痕對(duì)應(yīng)著一 定的散射角Θ。根據(jù)小鋼珠散射后的角分布情況，可以間接的測(cè)量出散射靶的直徑，從而模 擬盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)。
[0019] 由于靶是固定的，而碰撞又是彈性的，所以可以認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)中反射定理成立。當(dāng)小 鋼珠向靶發(fā)射時(shí)，瞄準(zhǔn)距離在b與b-db之間的小鋼珠數(shù)為：
[0020] dN = Idb
[0021] 式中I是b方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)的小鋼珠數(shù)。當(dāng)N個(gè)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(guān)，從前式中有：
[0025] 則由于2 α + Θ = Ji，因此
因?yàn)?br>求微分得：
[0027] 負(fù)號(hào)表示Θ隨b的增加而減小。則本實(shí)用新型中，微分散射截面可以表示為：
[0029] 將蠟紙或復(fù)寫紙固定在圓筒內(nèi)壁的半個(gè)圓周上，在中央處做好記號(hào)。從靶的外沿 (θ = π/2)處開始發(fā)射小鋼珠，每次一粒，每個(gè)位置5~6粒。用讀數(shù)支架上的輪轂逐漸 向靶中心位置移動(dòng)，每次0.2mm直到對(duì)準(zhǔn)中心位置（θ = π)。撞擊完成后將蠟紙取下，等 分為若干相等長(zhǎng)度的區(qū)間，則：
[0031] AN1為第i區(qū)間的碰撞記錄點(diǎn)數(shù)，即模擬的第i區(qū)間獲取的粒子數(shù)。由八^對(duì)
在直角坐標(biāo)紙上作圖，可以獲得一條通過原點(diǎn)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(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)讀數(shù)支架在每個(gè)位置發(fā)射6粒小鋼珠，所以I = 6/0. 2mm = 30/m。 m實(shí)驗(yàn)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(gè)小區(qū)間，每 個(gè)小區(qū)間長(zhǎng)度為4cm。則：
[0034]，其中r為圓周護(hù)壁的半徑。
[0038] 由最小二乘法計(jì)算可知：
[0040] 與散射靶的實(shí)際直徑27. 5mm相比較，相對(duì)誤差為0. 25%。
[0041] 以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述 的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還 會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模擬盧瑟福a粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：它包含洗耳球（1)、讀數(shù) 支架（2)、小鋼珠（3)、漏斗（4)、發(fā)射銅管（5)、聚氯乙烯散射靶（6)、圓周護(hù)壁（7)和蠟紙 (8);讀數(shù)支架（2)設(shè)置在圓周護(hù)壁（7)的一側(cè)，讀數(shù)支架（2)上水平設(shè)置有發(fā)射銅管（5)， 發(fā)射銅管（5)的一端與洗耳球（1)氣密連接，發(fā)射銅管（5)的另一端與圓周護(hù)壁（7)接觸， 發(fā)射銅管（5)上設(shè)置有漏斗（4)，漏斗（4)連接開口，小鋼珠（3)內(nèi)置漏斗（4)中，聚氯乙烯 散射靶（6)位于圓周護(hù)壁（7)的中心位置，蠟紙⑶貼于圓周護(hù)壁（7)的內(nèi)側(cè)壁。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬盧瑟福a粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于： 所述的小鋼珠（3)為1. 5-2. 5mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬盧瑟福a粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于： 所述的蠟紙（8)替換為復(fù)寫紙。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種模擬盧瑟福α粒子散射的演示實(shí)驗(yàn)裝置，它涉及演示教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，它包含洗耳球、讀數(shù)支架、小鋼珠、漏斗、發(fā)射銅管、聚氯乙烯散射靶、圓周護(hù)壁和蠟紙；讀數(shù)支架設(shè)置在圓周護(hù)壁的一側(cè)，讀數(shù)支架上水平設(shè)置有發(fā)射銅管，發(fā)射銅管的一端與洗耳球氣密連接，發(fā)射銅管的另一端與圓周護(hù)壁接觸，發(fā)射銅管上設(shè)置有漏斗，漏斗連接開口，小鋼珠內(nèi)置漏斗中，聚氯乙烯散射靶位于圓周護(hù)壁的中心位置，蠟紙貼于圓周護(hù)壁的內(nèi)側(cè)壁。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、測(cè)量精度較高、可以模擬盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量結(jié)果可以用于模擬計(jì)算分析的方法。
【IPC分類】G09B23/20
【公開號(hào)】CN204990945
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520647997
【發(fā)明人】張皓晶, 溫元斌, 王文廣, 張 雄
【申請(qǐng)人】云南師范大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年8月26日