第３２卷第４期２０１９年８月
ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥ
大学物理实验
Ｖｏｌ.３２Ｎｏ.４Ａｕｇ.２０１９
文章编号:１００７￣２９３４(２０１９)０４￣００８４￣０４
基于Ｍａｐｌｅ对Ａｌｐｈａ粒子散射实验
的仿真设计
孟 勇
(宁波大学物理科学与技术学院?浙江宁波 ３１５２１１)
摘要:Ａｌｐｈａ粒子散射实验是近代物理重要的实验之一?卢瑟福通过该实验建立了核式原子结构
模型?利于符号计算与图形处理能力超强的数学软件Ｍａｐｌｅ对Ａｌｐｈａ粒子散射实验进行理论分析?模拟制作出一次散射与二次散射图形与动画?然后通过图形动画得到散射相关参数之间的关系以及两类散射的异同点?进而对该实验有更深入的理解?关
键
词:Ａｌｐｈａ粒子散射?Ｍａｐｌｅ?二次散射?仿真动画
文献标志码:Ａ
ＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１９.０４.０２３
中图分类号:ＴＰ３９１.９７
Ａｌｐｈａ粒子散射实验是由英国著名物理学家欧内斯特??卢瑟福与其助手于１９０９年在英国曼切斯特大学所做的著名物理实验[１￣２]?该实验将然后发现虽然绝大多Ａｌｐｈａ粒子都以极小的偏转角直接穿射出金箔?但是还发现了少量Ａｌｐｈａ通过金箔时产生了极大的偏转?极少数粒子甚至有超过９０°的偏转角?这些实验现象无法用当时汤姆森建立的“葡萄干布丁”模型进行解释?在该实验完成之后?卢瑟福进行了严格的理论推算?于１９１１年提出了著名的原子核式结构模型?该模更为量子物理的发展奠定了坚实的基础?号计算软件之一?它不仅有强大的数学计算功能?而且还具有非常丰富的图形制作程序包?可以制作出精准的科技动画?因此?本文从牛顿力学出发?在数学软件Ｍａｐｌｅ平台上进行模拟制作出Ａｌ￣ｐｈａ粒子的一次散射与二次散射相关的图形动画?然后通过图形动画生动形象的说明实验中各个物理量之间的关系?以及一次散射与二次散射的异同点?从而加深了对卢瑟福散射实验的理解?
收稿日期:２０１９￣０３￣２８
基金项目:国家自然科学基金(１１４３５００５)
１ 一次散射
对于进行散射实验中的Ａｌｐｈａ粒子来说?受到了位于坐标原点的金原子核的排斥力?由牛顿运动定律可得:
Ｑ１Ｑ２ｘｄ２ｘ１
ｍ２＝
ｄｔ４πε０(ｘ２＋ｙ２)Ｑ１Ｑ２ｙｄ２ｙ１
＝ｍ２
ｄｔ４πε０(ｘ２＋ｙ２)
３２
Ａｌｐｈａ射线准直的轰击厚度为微米量级的金箔?
(１)(２)
３２
型的建立为人们打开了研究原子核物理的大门?
Ｍａｐｌｅ软件
[３￣６]
其中Ｑ１?Ｑ２分别为金原子核与Ａｌｐｈａ粒子所带的电荷量?然后根据式(１)~(２)在Ｍａｐｌｅ软件上制作出相应动画将动画与注释文字结合效果动画如下(图１):
作为目前世界上最流行的符
基于Maple对Alpha粒子散射实验的仿真设计
