Page 162 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

子与靶原子核发生对心碰撞后将被靶核原路反弹回来，所以θE=180°）。由上式可知，当α
粒子的速度υ和靶原子的原子序数 Z 一定时，偏转角θE 仅与瞄准距离 b 有关。当然，靶原子

内部存在磁场，α粒子除了被电场偏转外，还可能被磁场偏转。但由于α粒子的质量很大且
磁矩很小，靶原子的内生磁场对α粒子的运动路径的影响可以忽略不计，故（9.9）式未将靶
原子的内生磁场因素考虑在内。



+2e  θE

b
+Ze

图 9-3 α粒子在原子核库仑场中路径的偏转

可将电子-晶体衍射实验与卢瑟福的α粒子散射实验进行类比。当入射电子与靶原子中的
某个靶电子发生碰撞时，这个靶电子与入射电子靠得很近，其它核外电子和原子核离入射电
子较远，由于正负电荷的德拜屏蔽效应，距离较远的核外电子和原子核的库伦场对入射电子
的影响很小，可以忽略不计。假设散射电子的散射路径主要由靶电子的库仑场决定，并假设

靶电子为固定靶，那么，入射电子和靶原子的碰撞散射就类似α粒子散射，散射公式类似（9.9）
式，可写成
 m  2
cot E  4 0 a a b （9.10）
2 e 2

电偏转角为
m  2
 E  2 arc cot 4 0 a a b （9.11）
e 2
ma 和υa 分别为入射电子的质量和速度，它们都是确定的，瞄准距离 b 是随机的，故偏转角
θE 是随机的，电子散射路径是随机的，那么散射空间中散射电子的分布应该是连续均匀的。
但实际观察结果表明，散射电子在散射空间呈疏密相间分布，说明（9.10）式并不能完全描
写电子-晶体衍射。究其原因可能有两点：第一，靶电子并非固定靶，而是活动靶，靶电子
是在靶原子中沿特定轨道运动的电子，而且入射电子和靶电子的质量相当，两者的碰撞可近

似为两个自由电子的碰撞，不仅入射电子的运动路径会发生改变，靶电子的运动路径也会发
生改变，这与α粒子散射实验是不同的，后者因靶核的质量比α粒子的质量大得多，所以靶
核可近似为固定不动的靶；第二，靶原子的内生磁场对电子散射路径的影响较大，这是因为
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电子的自旋磁矩（～10 J/T）比α粒子的自旋磁矩（～10 J/T）大 3 个数量级，而且电子的
质量比α粒子的质量小 7300 倍，所以在相同强度的磁场中，电子散射的磁偏转效应要明显
大于α粒子散射的磁偏转效应。在卢瑟福的α粒子散射实验中，α粒子的磁偏转效应可以忽略
不计，但是在戴维孙和革末的电子-晶体衍射实验中，必须考虑电子的磁偏转效应。下面我

们就来分析讨论这种效应。

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