114分科測驗物理 第3題 詳解

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逐步解析

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   考點與策略

   本題考拉塞福 α 粒子散射實驗，且問的是「錯誤」的敘述。最有效率的切入：先默寫實驗的動機、三大觀察結果與正確解釋，再逐項比對，特別留意把「交互作用種類」講錯的選項。
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   動機與觀察

   (A) 對：當時主流是湯姆森的葡萄乾布丁模型，主張正電荷均勻分布在整個原子中，拉塞福以 α 粒子撞擊金箔正是要檢驗原子內正電荷的分布是否均勻。(B) 對：絕大多數 α 粒子幾乎不偏折地直接穿透金箔，顯示原子內部大部分是空的。(C) 對：僅約八千分之一的 α 粒子偏折超過九十度，極少數近乎反彈，顯示正電荷與絕大部分質量集中在極小區域。
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   力種類錯了

   (D) 錯：α 粒子被大角度反彈，是因為金原子中心有一個體積極小、質量極大且帶正電的原子核，α 粒子接近時受到「庫侖靜電斥力」而折返，屬於電磁交互作用。強作用（強核力）的力程僅約 $10^{-15}\ \mathrm{m}$，是把核內質子與中子束縛在一起的力；此實驗中 α 粒子與金核的最近距離約 $10^{-14}\ \mathrm{m}$，尚未進入強作用的範圍。(E) 對：拉塞福由散射結果推論原子核存在，建立了原子的核模型。
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   結論與誘答

   答案選 (D)。另一個容易誤判的是 (A)：有同學以為實驗目的一開始就是「尋找原子核」，便覺得 (A) 敘述不對；其實檢驗正電荷分布是否均勻正是原始動機，發現原子核是實驗的「結果」，(A) 的敘述並沒有錯。

關鍵觀念：#原子結構 #帶電粒子散射 #原子核

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