师：今天上课前，请大家欣赏几幅安徽省内的美丽夜景，合肥天鹅湖、宿州大剧院、怀仁体育馆，最后一张大家可能比较熟悉，是芜湖方特的夜景。欣赏完了，大家想不想了解这美丽灯光背后的原理，以及原子世界的奥秘？早在19世纪末，人类就敲开了原子世界的大门，今天，就一起走进原子结构的发现之旅。
咱们简单回忆下上节课内容，一直以来，人们认为原子是组成物质的最小微粒，不可再分。直到1897年，汤姆孙发现了电子，提出原子是可以再分的。电子的发现是人类对物质结构认识的一次巨大飞跃，汤姆孙也因此被尊称为“电子之父”。我想问问大家，你们觉得汤姆森牛不牛？
不过，电子发现的同时也带来个新问题，通常情况下物质不带电，即原子呈电中性。既然原子中发现了带负电的电子，那就说明肯定还有其他带正电的部分，而且电子质量非常小，这表明原子大部分质量应由正电物质承担。那么问题来了，原子内部的正负电荷是如何分布的呢？
大家都知道，物理常用一种方法叫模型法。这个问题提出后，许多科学家纷纷提出自己的模型，其中较有影响力的是汤姆森的模型。他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球内，而电子镶嵌其中。这个模型和生活中的很多事物很相似，比如西瓜、枣糕，所以又被形象地称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。这个模型符合人们的日常认知，也解释了原子为何呈电中性以及原子内部正负电荷如何分布等问题，因此被大家广泛接受，众多科学家都认可汤姆森的西瓜模型。我又想问问大家，你们觉得汤姆森牛不牛？当然很牛。
一切看似完美，可1903年出现个小插曲，勒纳德做了个实验，他让电子束射向金属膜，结果发现一些速度较大的电子很容易穿过金属膜。这不禁让人思考，难道原子内部不是像我们想象的那样均匀分布的实心球体，而是空心的？那西瓜模型到底对不对呢？科学光有猜想远远不够，必须接受实验检验。汤姆森有个学生叫卢瑟福，他一直想用实验验证西瓜模型的正确性。但大家想，一个大西瓜，要知道它内部结构该怎么办？对，切开。可原子结构非常紧密，打开并不容易。这时卢瑟福想到个有效办法，借助高能粒子轰击原子。
1909年，英国物理学家卢瑟福和他的学生进行了用α粒子轰击金箔的实验，也就是α粒子散射实验。我们为什么选α粒子呢？因为α粒子质量约是电子质量的7300倍，从发射源放射出来的速度可达10的7次方米每秒，这样的质量和速度让α粒子成为不折不扣的高能粒子。我们来看一下实验装置。
这是放射源，从狭缝射出一条细细的α射线，射向金箔。这金箔做得非常薄，厚度仅有一微米，虽只有一微米，却仍有几千层金原子。金原子内部有带电物质，会对α粒子产生库仑力，使部分α粒子运动方向改变，这就是α粒子散射现象。
这是显微镜，和普通显微镜不同，它前面装有一块荧光屏，当α粒子射到荧光屏上，会出现闪烁的亮点，可借助显微镜观察。而且这个显微镜能围绕金箔旋转，也就是说能观测到各个角度的α粒子。我们通过显微镜观测记录散射到各个方向α粒子所占的比例，进而反推金原子内部正负电荷的分布情况。
好，实验原理介绍完了，下面大胆预想一下，如果西瓜模型正确，α粒子穿过原子的轨迹是怎样的呢？我们分两步解决这个问题。第一，α粒子射入金箔难免会与电子碰撞，电子碰撞会对α粒子产生较大影响吗？当然不会，刚才介绍过，α粒子质量约是电子质量的7300倍，就好比高速飞行的子弹途中遇到一颗尘埃，几乎没影响。按照西瓜模型，α粒子在原子附近或进入原子内部会发生大角度偏转吗？我们模拟一下。
这就是α粒子，大家看，之前介绍过α粒子出现散射是因为原子内部带电物质产生库仑力。所以当α粒子在原子附近时，整个原子呈电中性，不太可能偏转。当α粒子进入原子内部，如果刚好从中间进入，按照西瓜模型，带电物质均匀分布，上下库仑力刚好抵消，它会原方向前进。但如果从偏上位置进来，下方带电物质比上方多，库仑力向上，它会向上偏转。同样，若从偏下位置进入，就会向下偏转。不过，不管向上还是向下，偏转角度都不会太大。总结一下，按照西瓜模型，α粒子应该几乎沿原方向前进，即便出现偏转也很小，绝对不会大幅度偏转。我们用动画模拟一下对应的轨迹，应该是这样的。
当然，这只是预想结果。真实实验结果怎样呢？和预想一致吗？下面一起看看，这是来自优酷的一段视频。
（播放模拟α粒子散射实验视频）α粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的实验基础，我们利用三维动画模拟实验过程。实验装置包括铅盒和放射源、小孔、金箔、显微镜和荧光屏。铅盒中放有放射源，发出的α粒子经铅盒上的小孔射出，形成很细的一束射线，射向圆盘中央的一块金箔。α粒子打到荧光屏上，发出的闪光可通过显微镜观察到，荧光屏和显微镜可绕圆盘边缘移动。整个装置放置在抽成真空的容器中，转动观察系统，可检测到穿过金箔后α粒子在不同方向上的分布情况。左上方圆形区域模拟荧光屏上受α粒子轰击产生闪光的情况，显微镜视野中看到的闪光多少代表到达该处的α粒子多少。