Номер 1, страница 173 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 48. Планетарная модель атома. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 1, страница 173.

В О П Р О С Ы

1. Опишите принципиальную схему установки в опыте Резерфорда.

Решение

Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц ($$\alpha$$-частиц) на атомах тяжелых элементов (золота) был поставлен с целью исследования внутреннего строения атома. Принципиальная схема экспериментальной установки включала в себя следующие ключевые компоненты, размещенные в вакуумной камере для исключения рассеяния частиц на молекулах воздуха:

1. Источник $$\alpha$$-частиц. В качестве источника использовалось радиоактивное вещество, например, радий или полоний, помещенное в толстостенный свинцовый контейнер. Контейнер имел узкое выходное отверстие (коллиматор), которое позволяло сформировать узкий, направленный пучок высокоэнергетичных $$\alpha$$-частиц.

2. Мишень. В качестве мишени использовалась тончайшая фольга из золота. Золото было выбрано из-за его высокой пластичности, что позволяло изготовить фольгу толщиной всего в несколько сотен атомных слоев. Это было важно для того, чтобы минимизировать вероятность многократного рассеяния одной $$\alpha$$-частицы.

3. Детектор частиц. Для регистрации рассеянных $$\alpha$$-частиц использовался подвижный экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка (ZnS). При попадании $$\alpha$$-частицы на такой экран в точке попадания возникает слабая световая вспышка (сцинтилляция).

4. Система наблюдения. Вспышки на экране были очень слабыми, поэтому для их наблюдения использовался микроскоп, жестко соединенный с экраном. Вся система (экран и микроскоп) могла перемещаться по дуге вокруг мишени, что позволяло измерять количество частиц, рассеянных под разными углами $$\theta$$ относительно первоначального направления пучка.

В ходе эксперимента пучок $$\alpha$$-частиц направлялся на золотую фольгу. Большинство частиц проходило сквозь фольгу, практически не отклоняясь, что регистрировалось при угле рассеяния $$\theta \approx 0^\circ$$. Однако некоторые частицы отклонялись на различные углы, и, что было самым неожиданным, очень небольшая часть частиц (примерно 1 из 8000) рассеивалась на углы больше $$90^\circ$$, то есть практически отбрасывалась назад.

Именно анализ этих редких событий рассеяния на большие углы позволил Эрнесту Резерфорду сделать вывод о том, что атом не является однородным (как в модели Томсона), а имеет массивное, компактное, положительно заряженное ядро, в котором сконцентрирована почти вся масса атома.

Ответ: Принципиальная схема установки в опыте Резерфорда состояла из источника $$\alpha$$-частиц в свинцовом контейнере с коллиматором, тонкой золотой фольги в качестве мишени, и подвижного экрана из сульфида цинка с микроскопом для регистрации рассеянных частиц под разными углами. Вся установка находилась в вакууме.