三、原子核的电荷与尺度
由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定不同元素原子核的电荷量Q。又由于原子是电中性的,可以推算出原子内含有的电子数。科学家们注意到,各种元素的原子核的电荷数,即原子内的电子数,非常接近它们的原子序数,这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。
现在,我们知道,原子确实是由带电荷₊Ze的核与核外Z个电子组成的。原子序数Z等于核电荷与电子电荷大小的比值。它表示原子核的电荷是一个电子电荷量的多少倍。后来又发现原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就是核中的质子数。
☞Ze是原子核的电荷,单位是库仑;Z是原子序数,也是原子核的电荷数,它表示原子核的电荷是一个电子电荷(绝对值)的多少倍。Z是没有单位的,或者说Z的单位是1。
通常用核半径描述核的大小。原子核的半径是很难测量的,一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核,实验确定的核半径的数量级为10⁻¹⁵m,而整个原子半径的数量级是10⁻¹m,两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。
四、经典物理学的困难
按照经典物理学,核外电子受到原子核的库仑引力的作用,不可能是静止的,它一定在以一定的速度绕核转动。既然电子在做周期性运动,它的电磁场就在周期性地变化,而周期性变化的电磁场会激发电磁波。也就是说,它将把自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去。因此,电子绕核转动这个系统是不稳定的,电子会失去能量,最后一头栽到原子核上。
☞α粒子散射实验用的是金箔等重金属箔,而没有用轻金属箔,例如铝箔。除了金的延展性好,可以把金箔做得非常薄这个原因以外,你认为还有什么原因?
【答】卢瑟福在做α粒子散射实验时,之所以选用金箔做靶子,是因为金原子核较大,易于被α粒子击中,且金的延展性好,几乎可以做成单原子膜。