Номер 1, страница 111, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Как был открыт протон?

1. Открытие протона было результатом серии экспериментов и наблюдений, сделанных несколькими учеными на протяжении нескольких десятилетий. Этот процесс можно разделить на несколько ключевых этапов.

Решение

Этап 1: Обнаружение "каналовых лучей" (1886 г.)

Немецкий физик Ойген Гольдштейн проводил эксперименты с газоразрядными трубками. Он заметил, что если в катоде (отрицательном электроде) сделать отверстия ("каналы"), то в пространстве за катодом появляются лучи, движущиеся в направлении, противоположном катодным лучам (электронам). Гольдштейн назвал их "каналовыми лучами" (Kanalstrahlen). Эти лучи отклонялись в электрических и магнитных полях, но в сторону, противоположную отклонению электронов, что указывало на их положительный заряд. Было установлено, что отношение заряда к массе ($q/m$) этих частиц зависит от газа, находящегося в трубке. Самые легкие частицы с наибольшим отношением $q/m$ наблюдались, когда трубка была заполнена водородом.

Этап 2: Идентификация иона водорода (1898-1913 гг.)

Вильгельм Вин в 1898 году, а затем более точно Дж. Дж. Томсон, исследуя каналовые лучи, подтвердили, что частицы, возникающие в водороде, являются самыми легкими из всех. Они пришли к выводу, что эти частицы представляют собой атомы водорода, потерявшие один электрон, то есть ионы водорода ($H^+$). Однако на этом этапе их еще не рассматривали как фундаментальную частицу, входящую в состав всех других атомов.

Этап 3: Открытие протона как составной части ядра (1919 г.)

Решающий вклад в открытие протона внес Эрнест Резерфорд. В 1917–1919 годах он проводил свои знаменитые опыты по "искусственному превращению элементов". Он бомбардировал атомы легких газов, в частности азота, альфа-частицами (ядрами гелия), которые испускал радиоактивный источник.

В ходе эксперимента Резерфорд обнаружил, что при облучении азота альфа-частицами появляются новые частицы, которые имели гораздо больший пробег в газе, чем сами альфа-частицы. Тщательно изучив их свойства (заряд и массу), он установил, что эти частицы являются ядрами атомов водорода.

Резерфорд пришел к выводу, что альфа-частицы выбивают эти частицы из ядер азота. Это была первая в истории наблюдавшаяся ядерная реакция:

$ ^{14}_{7}N + ^{4}_{2}He \rightarrow ^{17}_{8}o + ^{1}_{1}p $

Здесь $ ^{14}_{7}N $ — ядро азота, $ ^{4}_{2}He $ — альфа-частица, $ ^{17}_{8}o $ — ядро изотопа кислорода, а $ ^{1}_{1}p $ — ядро водорода (протон).

Поскольку ядра водорода появлялись при расщеплении ядер другого элемента (азота), Резерфорд сделал фундаментальный вывод: ядро атома водорода является основной составной частью ядер всех химических элементов. В 1920 году он предложил назвать эту фундаментальную частицу протоном (от греческого "протос" — "первый").

Ответ: Протон был открыт в 1919 году Эрнестом Резерфордом в результате опытов по бомбардировке ядер азота альфа-частицами. Резерфорд обнаружил, что в результате этого взаимодействия из ядер азота вылетают частицы, являющиеся ядрами атомов водорода. Это позволило ему заключить, что ядро водорода является фундаментальной частицей (которую он назвал протоном) и входит в состав ядер других атомов.