4.1 卢瑟福实验（Rutherford，1909–1911）

来源： 考纲 §4 · 课堂笔记 §3.2.2

问题： 原子是怎么构成的？

之前的设想（汤姆孙「葡萄干蛋糕模型」）：正电荷均匀分布，电子像葡萄干一样嵌在其中。

装置： 用 α 射线（带两个正电荷的氦核）轰击一片薄金箔；四周的荧光屏记录散射角。

✎ 为什么偏偏用金——汤姆孙模型又会预言什么？ 金的延展性极好，可锤打成仅几百个原子层厚的薄箔——α 粒子穿过时经过的原子尽可能少；而且金核又重、电荷又多，强偏转才有可能发生。按葡萄干蛋糕模型，正电荷「抹匀」在整个原子上，处处电场都很弱：所有 α 粒子都应几乎不受扰动地穿过，没有任何一个会被弹回。因此「弹回」正是裁决两个模型的关键。（实验 1909 年由 Geiger 与 Marsden 完成，1911 年由卢瑟福给出解释。）

图：装置——α 放射源（镭）把 α 粒子射向薄金箔；四周的荧光屏显示它们被散射到哪里。

观察与结论——三行逻辑。 三项观察各自单独就能逼出一个关于原子构造的确定结论：

观察	物理推理	结论
大多数 α 粒子畅通无阻穿过	没有东西挡路的地方，粒子就直线飞过	原子大部分是空的
少数被轻微偏转	正电荷排斥带正电的 α 粒子（[[zh/themen/Elektrodynamik/	库仑力]]）；轻微偏转说明它们靠近了某个带正电的东西
极少数被强烈弹回	只有极小、极重的靶才能把快速粒子几乎原路弹回（撞上比自己重得多的东西）	正电荷集中在一个又小又重的核里

综上： 原子大部分是空的，其中有一个又小又重、带正电的核，强烈排斥带正电的 α 粒子。由此提出核-壳模型（今日构成见夸克模型）。

✎ 这个论证的冲击力： 有些粒子几乎被弹回，这就像「一发炮弹被一张薄纸弹回来」一样令人震惊。只有极小、极致密的电荷集中才能解释——葡萄干蛋糕模型由此被推翻。