Номер 11.1, страница 211 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 11. Атомная и ядерная физика. Модель атома Резерфорда — Бора - номер 11.1, страница 211.

Условие.

11.1. В опытах Резерфорда по рассеянию $\alpha$-частиц при прохождении через золотую фольгу было обнаружено, что только одна из десяти тысяч частиц отклоняется на углы, большие $90^{\circ}$. Какая гипотеза объясняет результаты эксперимента?

Решение.

Решение

Результаты опытов Эрнеста Резерфорда по рассеянию альфа-частиц ($α$-частиц) на тонкой золотой фольге объясняются ядерной (или планетарной) моделью строения атома. Эта гипотеза была выдвинута им для объяснения противоречий между экспериментальными данными и господствовавшей на тот момент моделью атома Томсона («пудинг с изюмом»), которая не могла объяснить рассеяние частиц на большие углы.

Эксперимент показал, что подавляющее большинство $α$-частиц проходит сквозь фольгу без заметного отклонения. Это наблюдение привело к выводу, что атом в основном состоит из пустого пространства. Однако тот факт, что очень небольшая часть частиц (примерно одна из десяти тысяч, как указано в условии) отклонялась на большие углы (более $90°$), а некоторые даже отбрасывались назад, указывал на наличие внутри атома чрезвычайно сильного отталкивающего электрического поля, сконцентрированного в очень малом объеме.

На основе этих наблюдений Резерфорд предложил следующую гипотезу:

1. В центре атома находится массивное, положительно заряженное ядро, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с размерами самого атома (примерно в $10^4 – 10^5$ раз меньше).

2. Практически вся масса атома (более 99,9%) сосредоточена именно в ядре.

3. Вокруг ядра по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны, чей суммарный заряд компенсирует положительный заряд ядра, делая атом в целом электронейтральным.

Эта модель полностью объясняет результаты эксперимента. Редкие случаи рассеяния $α$-частиц на большие углы происходят при их лобовом или почти лобовом столкновении с массивным и компактным ядром атома золота. Поскольку и $α$-частица, и ядро заряжены положительно, между ними возникает мощная сила кулоновского отталкивания, которая и приводит к резкому изменению траектории частицы. Подавляющее же большинство $α$-частиц пролетает на значительном удалении от ядер и потому почти не отклоняется, так как атом большей частью является пустым пространством, а сила отталкивания на большом расстоянии слаба.

Ответ: Результаты эксперимента объясняет гипотеза о ядерном (планетарном) строении атома, согласно которой атом состоит из очень маленького, плотного, положительно заряженного ядра, в котором сконцентрирована почти вся его масса, и вращающихся вокруг него на значительном расстоянии электронов. Большая часть объема атома при этом является пустым пространством.