卢瑟福

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欧内斯特·卢瑟福,第一代尼尔森的卢瑟福男爵,OM,FRS(英语:Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson,1871年8月30日-1937年10月19日),新西兰物理学家,世界知名的原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。

欧内斯特·卢瑟福

卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念,证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线,并且证实前者就是氦离子。因为“对元素蜕变以及放射化学的研究”,他荣获1908年诺贝尔化学奖。

卢瑟福领导团队成功地证实在原子的中心有个原子核,创建了卢瑟福模型(行星模型)。他最先成功地在氮与α粒子的核反应里将原子分裂,他又在同实验里发现了质子,并且为质子命名。第104号元素为纪念他而命名为“”。

生平
1871年8月30日,卢瑟福生在新西兰尼尔森附近的斯普林格罗夫(现属布赖特沃特)[6],家里有兄弟姊妹12人,他的父亲从事生产枕木及切割亚麻的工作,小时候常在家里的锯木厂及亚麻厂帮忙,因此教育孩子的责任都落于母亲身上。他国中就读海夫洛克,毕业后他决定争取尼尔森学院的奖学金,这段就学期间是他一生最难忘的回忆,在他临终前仍不忘叮咛他的太太要捐100磅给尼尔森学院,接着1890年他进入坎特伯雷大学在那里他遇见了他最敬仰的教授,在他们的引导下卢瑟福对于科学的研究更加强烈,并已经做了两年电子学的先锋研究。而后1891年他以”电磁研究”获得科展的奖学金。

1895年,卢瑟福获得奖学金,据闻这天他正在田里挖马铃薯,卢瑟福得知考上奖学金,将手中的铁锹丢掉说:“这是我挖的最后一颗马铃薯了”。到英国剑桥大学三一学院卡文迪许实验室做博士研究后,最开心的就是接受约瑟夫·汤姆孙的指导。刚从新西兰到剑桥时,整日埋头苦读,被看作“光会挖土的野兔子”。在那里他暂短地保持了发现世界最长无线电波(2英里)的纪录,后来跟随发现电子的汤姆孙做研究。在研究物质放射性期间,他创造了术语:α(阿尔法)和β(贝塔)射线,又经测定发现β射线是速度快、穿透力强的电子。

在1898年,卢瑟福被指派担任加拿大麦吉尔大学物理系主任,实验中他发现了放射性的半衰期,并将放射性物质命名为α和β射线,这项实验被授予1908年的诺贝尔化学奖,因为他调查到解体的元素、化学和放射性物质。他证明了放射性是原子的自然衰变。但他不是很高兴,因为他自认为是物理学家,而非化学家。他的一个名言是,“科学只有物理一个学科,其他不过相当于集邮活动而已”。他注意到在一个放射性物质样本里,一半的样本衰变的时间几乎是不变的, 这就是该物质的“半衰期”,并且他还就此现象建立了一个实用的方法,以物质半衰期作为时钟来检测地球的年龄,结果证明地球要比大多数科学间认为的老得多。

在1907年他搬到英国已经是诺贝尔奖得主。1911年,在他的金箔实验中,借由他发现和解释卢瑟福散射,他推测原子的核心有正电荷集中,进而开创了卢瑟福模型。1909年卢瑟福在英国曼彻斯特大学同他的学生马士登用α粒子撞击一片薄金箔,他发现大部分的粒子都能通过金箔,只有极少数会跳回。他笑说这是海军用15吋巨炮射击一张纸,但炮弹却会被弹回而打到自己。最后他提出了一个类似于太阳系行星系统的原子模型,认为原子空间大都是空的,电子像行星围绕原子核旋转,推翻了当时所使用的梅子布丁原子模型。1911年3月,卢瑟福在曼彻斯特文学与哲学学会的会议上宣布他的意外发现,同年5月,他将论文发表于“哲学杂志”。

晚年和荣誉
卢瑟福在1914年被授予爵士爵位。在第一次世界大战期间,他研究潜艇探测的实际困难。1916年,他被授予海克特纪念奖章。1919年,他回到卡文迪许实验室,继约瑟夫·汤姆孙之后成为实验室主任和卡文迪许教授。在他的指导下,詹姆斯·查德威克因为发现了中子于1932年获得诺贝尔奖。约翰·考克饶夫和欧内斯特·沃尔顿完成了一个利用粒子加速器分裂原子的实验并在日后获得诺贝尔奖。爱德华·阿普尔顿证明了电子层的存在,并也在日后获得诺贝尔奖。他的学生中总共有丹麦的玻尔、德国的哈恩、前苏联的卡皮察等十位诺贝尔奖得主。1925年至1930年期间,他担任了皇家学会会长以及后来的难民学者协助理事会主席,帮助了来自德国的近1000名大学学者难民。1925年卢瑟福获得英国政府颁发功绩勋章,1931年被封为尼尔森的卢瑟福男爵。他只有一位女儿,故爵位在他死后断绝。

在早些时候,卢瑟福就患有轻微的疝气,但他一直不太重视,没有好好治疗它,最后发展成绞窄性肠梗阻,使得他病得很严重。1937年,尽管在伦敦做过一次紧急手术,卢瑟福还是在剑桥于4天后死于医生所说的“肠麻痹”。他的遗体在戈德斯格林火葬场被火化,之后被给以很高荣誉的葬在西敏寺中,靠近牛顿和其他著名英国科学家。

金箔实验


顶部:预期的实验结果:α粒子穿过未被扰动的梅子布丁模型式的原子。
底部:观测到的结果:少量的粒子被偏转,表明有一个电荷集中的小核。 这里的图像并不是依照比例,实际中原子核远小于电子层。

1909年,卢瑟福和汉斯·盖革以及欧内斯特·马士登在英国曼彻斯特大学进行了盖革-马士登实验 。实验是用α粒子束轰击真空室中的金箔。实验表明了原子具有核的特征。在实验中,卢瑟福灵感所至,要求盖革和马士登寻找具有大偏转角的α粒子。在当时,没有任何一个理论预期过这类粒子。这种稀有的偏向被观测到了,并被证明是平滑的但符合高阶偏向角函数。卢瑟福解释了这些数据,并在1911年总结出原子的卢瑟福模型的公式。该模型认为,包含大部分原子质量的带正电的小核被小质量的电子环绕。

高中物理知识点总结

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