Номер 3, страница 186 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

14. Квантовая физика. 14.6. Планетарная модель атома - номер 3, страница 186.

Решение.

Решение 2.

В опыте Резерфорда большая часть α-частиц свободно проходит сквозь фольгу, практически не отклоняясь от прямолинейных траекторий. Как можно объяснить этот факт?

Решение

Этот экспериментальный факт, наблюдавшийся в опытах Эрнеста Резерфорда по рассеянию альфа-частиц (α-частиц), лег в основу предложенной им планетарной модели атома. Объяснение заключается в особенностях строения атома, которые были установлены благодаря этому опыту.

Во-первых, атом не является сплошным, как предполагалось ранее в модели Томсона. Напротив, он состоит из очень маленького, но массивного, положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него на значительном расстоянии легких отрицательно заряженных электронов.

Во-вторых, ключевым моментом является то, что атом — это в основном пустое пространство. Размеры атомного ядра крайне малы по сравнению с размерами всего атома. Радиус ядра имеет порядок $10^{-15}$ м, в то время как радиус всего атома составляет около $10^{-10}$ м. Это означает, что практически вся масса и весь положительный заряд атома сконцентрированы в объеме, который в триллионы раз меньше общего объема атома.

Когда пучок α-частиц (положительно заряженных ядер гелия) направляется на фольгу, каждая частица взаимодействует с атомами вещества. Поскольку подавляющая часть объема каждого атома — это пустота, то и вероятность для α-частицы пройти сквозь атом, не испытав сильного взаимодействия, очень высока. Сила кулоновского отталкивания между положительно заряженным ядром и α-частицей обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними ($F \sim 1/r^2$). Поэтому, если α-частица пролетает далеко от ядра, сила отталкивания пренебрежимо мала, и частица продолжает свое движение практически по прямой. Взаимодействие с легкими электронами также не может существенно изменить траекторию массивной α-частицы, так как масса электрона почти в 7300 раз меньше ее массы.

Таким образом, свободный пролет большинства альфа-частиц сквозь фольгу является прямым следствием того, что атом имеет "пористую", или "пустую", структуру с крошечным массивным центром.

Ответ: Этот факт объясняется тем, что атом, согласно планетарной модели Резерфорда, по большей части является пустым пространством. Положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, занимает ничтожно малый объем по сравнению с общим объемом атома. Поэтому большинство α-частиц пролетает сквозь фольгу, не приближаясь к ядрам атомов золота на расстояние, где кулоновская сила отталкивания была бы достаточно сильна, чтобы заметно отклонить их траекторию.