散射與原子模型模擬器 (Scattering & Atomic Models Simulator) – 探索盧瑟福(Rutherford model)與湯姆森模型(Thomson model)

這個互動式散射與原子模型模擬器 (Scattering & Atomic Models Simulator) 旨在幫助學生視覺化經典物理學中的粒子散射實驗 (Particle scattering experiment)。透過這個工具,你可以重現著名的金箔實驗 (Gold foil experiment),並比較粒子在盧瑟福模型 (Rutherford model)湯姆森模型 (Thomson model) 中截然不同的運動軌跡。

Scattering & Atomic Models
散射與原子模型模擬

Billy Sir's Interactive Physics: Rutherford vs Thomson.
物理互動:盧瑟福與湯姆森模型

RUNNING
運行中
Emitted 發射
0
Passed 穿透
0
0.0%
Deflected 偏轉
0
0.0%
Reflected 反射
0
0.0%
Absorbed 吸收
0
0.0%
Particle Energy 粒子能量 8
Foil Thickness 金箔厚度 1 Layer(s)
Model | 模型
Particle | 粒子
Element | 元素

如何使用 (How to Use):

  • 選擇原子模型 (Atomic Model): 切換觀察「盧瑟福模型 (Rutherford)」或「湯姆森模型 (Thomson)」。
  • 選擇入射粒子 (Particle Type): 設定發射阿爾法粒子 (Alpha, α)、貝塔粒子 (Beta, β⁻) 或伽馬射線 (Gamma, γ)。
  • 選擇目標元素 (Target Element): 替換不同的金屬箔,如金 (Gold, Au)、銀 (Silver, Ag)、銅 (Copper, Cu) 或鋁 (Aluminum, Al)。
  • 控制物理參數 (Physics Parameters): 使用滑桿即時改變粒子的初始能量 (Particle Energy) 以及金屬箔的厚度 (Foil Thickness)。
  • 觀察統計數據 (Statistics): 模擬器會即時計算並顯示粒子的穿透 (Passed)、偏轉 (Deflected)、反射 (Reflected) 與吸收 (Absorbed) 比例。

觀察與討論 (Reflection / Observation):
在觀察模擬器時,請特別注意阿爾法粒子 (Alpha particles) 在不同模型中的行為差異:

  • 湯姆森模型 (Thomson’s Model),也就是所謂的「梅子布丁模型 (Plum pudding model)」中,正電荷均勻分佈於整個原子。你會發現幾乎所有的阿爾法粒子都能直接穿透 (Pass straight through),只有極微小的偏轉。
  • 盧瑟福模型 (Rutherford’s Model) 中,原子的大部分質量和正電荷都集中在中心極小的原子核 (Dense nucleus)。雖然大部分粒子依然直接穿透(因為原子內部大部分是空的),但少數靠近原子核的粒子會因為強大的庫侖斥力 (Coulomb repulsion) 而產生大角度偏轉 (Large angle deflection),甚至發生反射 (Reflection)。
    這個實驗結果完美地推翻了湯姆森模型,並確立了現代原子核結構的基礎。
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