Номер 2, страница 76, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Объясните опыт Резерфорда.

2. Объясните опыт Резерфорда.

Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц, проведенный в 1909–1911 годах под его руководством Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом, был ключевым экспериментом, который привел к отказу от модели атома Томсона («пудинг с изюмом») и созданию планетарной модели атома.

Цель эксперимента: Проверить справедливость модели атома Томсона, согласно которой положительный заряд и масса атома равномерно распределены по всему его объему.

Экспериментальная установка:

1. Источник частиц: В качестве источника использовался радиоактивный элемент (например, радий), испускающий $ \alpha $-частицы (положительно заряженные ядра гелия). Источник помещался в свинцовый контейнер с узким отверстием, чтобы создать тонкий, направленный пучок частиц.

2. Мишень: Пучок $ \alpha $-частиц направлялся на очень тонкую золотую фольгу. Золото было выбрано потому, что его можно раскатать в листы толщиной всего в несколько сотен атомных слоев.

3. Детектор: Вокруг фольги размещался подвижный экран, покрытый сульфидом цинка. При попадании $ \alpha $-частицы на экран в точке удара возникала короткая вспышка света (сцинтилляция), которую можно было наблюдать в микроскоп. Это позволяло регистрировать частицы и определять углы их отклонения.

Ожидания и наблюдения:

Ожидание (согласно модели Томсона): Так как положительный заряд в атоме считался "размазанным" по всему объему, ожидалось, что массивные и быстрые $ \alpha $-частицы будут проходить сквозь фольгу, испытывая лишь очень незначительные отклонения. Больших углов рассеяния быть не должно.

Наблюдения (реальные результаты):

• Подавляющее большинство $ \alpha $-частиц проходило через фольгу, не изменяя своей траектории, как и ожидалось.
• Небольшая часть частиц отклонялась на малые углы.
• Крайне малая доля частиц (примерно 1 из 8000) отклонялась на большие углы, вплоть до 180°, то есть отбрасывалась назад.

Выводы и планетарная модель атома:

Результаты, особенно рассеяние на большие углы, были совершенно необъяснимы в рамках модели Томсона. На их основе Резерфорд предложил новую, ядерную (планетарную) модель строения атома:

1. Поскольку большинство $ \alpha $-частиц пролетает сквозь атом без отклонений, можно сделать вывод, что большая часть атома — это пустое пространство.

2. Чтобы объяснить рассеяние на большие углы, необходимо предположить, что почти вся масса и весь положительный заряд атома сконцентрированы в очень малом объеме в его центре. Этот массивный положительный центр Резерфорд назвал атомным ядром.

3. Когда положительно заряженная $ \alpha $-частица пролетает далеко от ядра, она не отклоняется. Если она проходит близко к ядру, кулоновские силы отталкивания отклоняют ее на некоторый угол. Если же происходит почти лобовое столкновение с ядром, то частица отбрасывается назад.

4. Вокруг положительного ядра на большом расстоянии вращаются отрицательно заряженные электроны, подобно планетам вокруг Солнца. Суммарный заряд электронов равен по модулю заряду ядра, поэтому атом в целом электронейтрален.

Ответ: Опыт Резерфорда по рассеянию $ \alpha $-частиц на золотой фольге показал, что атом состоит из очень маленького, плотного, положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена почти вся масса, и вращающихся вокруг него электронов, занимающих основную часть объема атома. Это привело к созданию планетарной модели атома.