lifeierwawa
1910年马斯登(E.Marsden,1889-1970)来到曼彻斯特大学,卢瑟福让他用α粒子去轰击金箔,做练习实验,利用荧光屏记录那些穿过金箔的α粒子。按照汤姆逊的葡萄干蛋糕模型,质量微小的电子分布在均匀的带正电的物质中,而α粒子是失去两个电子的氮原子,它的质量要比电子大几千倍。当这样一颗重型炮弹轰击原子时,小小的电子是抵挡不住的。而金原子中的正物质均匀分布在整个原子体积中,也不可能抵挡住α粒子的轰击。也就是说,α粒子将很容易地穿过金箔,即使受到一点阻挡的话,也仅仅是α粒子穿过金箔后稍微改变一下前进的方向而已。这类实验,卢瑟福和盖革已经做过多次,他们的观测结果和汤姆逊的葡萄干蛋糕模型符合得很好。α粒子受金原子的影响稍微改变了方向,它的散射角度极小。马斯登和盖革又重复着这个已经做过多次的实验,奇迹出现了!他们不仅观察到了散射的α粒子,而且观察到了被金箔反射回来的α粒子。在卢瑟福晚年的一次演讲中曾描述过当时的情景,他说:“我记得两三天后,盖革非常激动地来到我这里,说:‘我们得到了一些反射回来的α粒子......’,这是我一生中最不可思议的事件。这就像你对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹,却被反射回来的炮弹击中一样地不可思议。经过思考之后,我认识到这种反向散射只能是单次碰撞的结果。经过计算我看到,如果不考虑原子质量绝大部分都集中在一个很小的核中,那是不可能得到这个数量级的。”卢瑟福所说的“经过思考以后”,不是思考一天、二天,而是思考了整整一、二年的时间。在做了大量的实验和理论计算和深思熟虑后,他才大胆地提出了有核原子模型,推翻了他的老师汤姆逊的实心带电球原子模型。卢瑟福检验了在他学生的实验中反射回来的确是α粒子后,又仔细地测量了反射回来的α粒子的总数。测量表明,在他们的实验条件下,每入射约八千个α粒子就有一个α粒子被反射回来。用汤姆逊的实心带电球原子模型和带电粒子的散射理论只能解释α粒子的小角散射,但对大角度散射无法解释。多次散射可以得到大角度的散射,但计算结果表明,多次散射的几率极其微小,和上述八千个α粒子就有一个反射回来的观察结果相差太远。汤姆逊原子模型不能解释α粒子散射,卢瑟福经过仔细的计算和比较,发现只有假设正电荷都集中在一个很小的区域内,α粒子穿过单个原子时,才有可能发生大角度的散射。也就是说,原子的正电荷必须集中在原子中心的一个很小的核内。在这个假设的基础上,卢瑟福进一步计算了α散射时的一些规律,并且作了一些推论。这些推论很快就被盖革和马斯登的一系列漂亮的实验所证实。卢瑟福提出的原子模型像一个太阳系,带正电的原子核像太阳,带负电的电子像绕着太阳转的行星。在这个“太阳系”,支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。他解释说,原子中带正电的物质集中在一个很小的核心上,而且原子质量的绝大部分也集中在这个很小的核心上。当α粒子正对着原子核心射来时,就有可能被反弹回去。这就圆满地解释了α粒子的大角度散射。卢瑟福发表了一篇著名的论文《物质对α和β粒子的散射及原理结构》。卢瑟福的理论开拓了研究原子结构的新途径,为原子科学的发展立下了不朽的功勋。然而,在当时很长的一段时间内,卢瑟福的理论遭到物理学家们的冷遇。卢瑟福原子模型存在的致命弱点是正负电荷之间的电场力无法满足稳定性的要求,即无法解释电子是如何稳定地待在核外。1904年长岗半太郎提出的土星模型就是因为无法克服稳定性的困难而未获成功。因此,当卢瑟福又提出有核原子模型时,很多科学家都把它看作是一种猜想,或者是形形色色的模型中的一种而已,而忽视了卢瑟福提出模型所依据的坚实的实验基础。卢瑟福具有非凡的洞察力,因而常常能够抓住本质作出科学的预见。同时,他又有十分严谨的科学态度,他从实验事实出发作出应该作出的结论。卢瑟福认为自己提出的模型还很不完善,有待进一步的研究和发展。他在论文的一开头就声明:“在现阶段,不必考虑所提原子的稳定性,因为显然这将取决于原子的细微结构和带电组成部分的运动。”当年他在给朋友的信中也说:“希望在一、二年内能对原子构造说出一些更明确的见解。”
菜菜~小
质子的发现 1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定乐它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子。4、他通过α粒子为物质所散射的研究,无可辩驳的论证了原子的核模型,因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道,于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾,才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设,成为量子力学的先驱。 金的延展性非常好,可以加工成很薄的一层金属片卢瑟福的实验要验证的是物质的原子的结构,所以要求α粒子射击的物质越薄越好,理想的情况下当然是由一层原子构成的物质。 所以最后选择了金箔。
風雨飘零
欧内斯特?卢瑟福,英国物理学家、化学家。在放射性和原子结构方面有重大成就。被誉为原子物理、核物理、放射性化学之父。1908年获诺贝尔化学奖。
卢瑟福祖籍苏格兰,祖父在1842年移民到新西兰,主要从事手工业。他出生于1871年,父亲是农民兼工匠,母亲是一名乡村教师,母亲为人宽厚善良。由于家中有12个子女,家境并不富裕。卢瑟福在兄妹中排行第四,他从小就很懂事,经常帮助父母干一些力所能及的活。
上小学时,卢瑟福是一个很听话的孩子,学习认真刻苦,成绩优秀,得到老师们的一致好评。他最喜欢的功课是拉丁文和古典文学,最大的理想是当一名文学家。因此,课余的时间他经常读一些名篇名作,提高自己的写作水平。12岁那年,一个偶然的机会使卢瑟福对自然科学萌发了极大的兴趣,从此,他经常钻研一些科普读物,有很多发明创造,在小伙伴中堪称“能工巧匠”。他曾经发明过一种可以发射“远射程炮弹”的玩具大炮,并且找到了不断增加射程的方法。这使他在同伴中的威信很高。还有一次,一个同学把家中一只无法修理的闹钟送给卢瑟福。卢瑟福把它拆开,仔细琢磨了一下,动手试着进行修理,竟然使闹钟又准确地行走起来。
1887年,卢瑟福进入纳尔逊学院学习。学习期间,他的才华得到进一步的施展。校长助理利特尔?约翰先生对他的才能极为欣赏,给他提供力所能及的帮助,并鼓励他勤奋学习,勇攀科学高峰。福特校长经常表扬卢瑟福,认为他是学校的骄傲。
1894年,卢瑟福写了一篇《使用高频放电使铁磁化》的论文,在《新西兰协会会报》上发表。当时的电磁学权威、著名物理学家汤姆孙看到这篇文章后极为赞赏,推荐他报考大英博览奖学金,并决定选拔他到卡文迪什实验室深造。也就是在卡文迪什实验室,卢瑟福的科学才华得到了极大的发挥。1895~1898年,他在这里度过了极为重要的三年。
由于成绩斐然,1905年,卢瑟福获得了诺贝尔化学奖。1918年8月,他重新来到卡文迪什实验室,并在不久后担任了主任职位。在担任实验室主任以后,他一方面继承了自麦克斯韦以来的教育传统——保持良好的学术环境。另一方面又极力创造一个和谐的研究集体,充分发挥每个人的才能。
卢瑟福被人誉为科学家的导师,这是因为他在培养人才和科研组织方面的才能无人能及。他领导和培养出了索迪、盖革、威尔逊、阿斯顿、玻尔、布莱克、瓦尔顿、哈恩、卡皮查、查德威克、科杰罗夫特等11位获诺贝尔奖的科学领域的顶尖人物,堪称世界教育史上的一大奇迹。他领导过的曼彻斯特大学物理实验室和卡文迪什实验室,被人们称为是培养人才的苗圃和世界物理学家的“麦加”圣地。能够到他手下学习和工作是每一位青年学者的梦想。
在卢瑟福眼中,学生没有国籍、民族、宗教信仰和肤色上的差别,只有他们特长的不同。他在工作中从来不想当然地给学生分配工作,每个人都有选择自己研究课题的自由,他认为这样才能让学生发挥自己的潜能,有所成就。小达尔文(进化论发现者达尔文的孙子)不想做实验物理方面的工作,只对数学感兴趣。虽然卢瑟福领导的是物理实验室,但在小达尔文坚持要留下来的情况下,卢瑟福并没有将他拒之门外,而是让他专门从事实验数据处理,后来小达尔文也成了一名有所成就的科学家。
卢瑟福特别善于根据学生和助手的特长和兴趣来帮助他们设计研究课题,从不让他们去办力所不能及的事。他培养学生讲究循序渐进的原则,反对急于求成。
卡文迪什实验室作为实验物理学家的摇篮,当然会要求学生具有较强的动手实验能力,做出准确的实验和获得可靠的数据。但卢瑟福不仅要求学生实践能力强,还十分重视学生理论思维的培养,主张将实验和理论结合起来。
有一次,他的一个学生得意地对他说:“我现在整天都呆在实验室里做实验,应该很快就会有成果了。”
卢瑟福的回答大大出乎学生的意料,“你这样做十年实验也不会有什么研究成果。”看着学生大惑不解的样子,他又继续说道:“你整天都呆在实验室里,什么时候用来想问题呢?实验必须有理论作指导。你成天做实验,没有时间思考问题,也不能吸收有用的理论知识。你想一想,这样会出成果吗?一个成功的实验物理学家,莫不是将理论钻研和实验相结合起来的楷模。你应该认真想一想这个问题了。”
卢瑟福对待学生,在工作上是老师,是朋友,在生活中则是慈父,给予学生无微不至的关怀。大科学家玻尔曾说过,“对于我来说,你(卢瑟福)几乎是我的第二个父亲。”
卢瑟福心胸开阔,待人宽厚,又有很好的民主作风,并时刻保持着谦虚的态度。他从来不以自己的权威来压制别人的思想。索迪曾经剽窃过他的《放射性》一书中的内容,可是他仍然提名索迪获诺贝尔奖。他对玻尔的原子轨道模型虽然有怀疑,但他还是极力推荐玻尔的论文。
在学生和朋友的心目中,卢瑟福从来没有树立过一个敌人,也从来没有失去一个朋友。他是数以百计的科学家的导师和朋友。
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