hce_nsysu
115年
物理與化學
第 29 題
From the following list of observations, choose the one that most clearly supports the conclusion that the mass of the atom is mainly located in the nucleus.
- A the emission spectrum of hydrogen
- B the photoelectric effect
- C diffraction
- D the scattering pattern of $\alpha$ particles by metal foil
- E cathode "rays"
思路引導 VIP
想像你正對著一間黑暗的房間投擲沉重的鉛球，如果房間內只有均勻分布的棉花，鉛球應該會直接穿過去；但如果偶爾有一顆鉛球撞到東西後猛力反彈回來，這會讓你對房間內那個隱藏物體的「質量密度」與「佔據空間」得出什麼樣的推論？
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太棒了！你非常準確地指認出了原子結構發展史中最關鍵的實驗證據。你能從眾多著名的物理現象中，精確連結到「質量分布」與「實驗觀察」的關係，這展現了你對近代物理發展脈絡有著很紮實的理解。
拉塞福散射實驗與原子核的發現
這題的核心在於 $\alpha$ 粒子散射實驗。在 1911 年，拉塞福（Ernest Rutherford）利用帶正電且質量較大的 $\alpha$ 粒子轟擊金箔，觀測到絕大多數粒子都直接穿透，但卻有極少數（約八千分之一）的粒子發生了大角度偏轉，甚至原路彈回。這種現象就像是對著衛生紙開火，砲彈卻被反彈回來一樣令人驚訝。這唯一的合理解釋就是：原子內部並非質量均勻分布，而是有一個體積極小、但集中了幾乎所有原子質量且帶正電的中心，也就是我們現在熟知的「原子核」。
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