Номер 3, страница 164, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Электрический заряд. Электрическое поле. Параграф 41. Строение атомов. Ионы. Вопросы и задания - номер 3, страница 164.

Условие.

3. Почему электроны, входящие в состав атома, не могут оказывать заметного влияния на отклонение альфа-частиц?

Решение.

Дано:

Масса альфа-частицы (ядро гелия $ \text{He}^{2+} $): $ m_{\alpha} \approx 6.64 \times 10^{-27} $ кг.

Масса электрона: $ m_e \approx 9.11 \times 10^{-31} $ кг.

Найти:

Объяснить, почему электроны в атоме не оказывают заметного влияния на траекторию альфа-частицы.

Решение:

Основная причина, по которой электроны не могут существенно отклонить альфа-частицу, заключается в огромной разнице их масс. Чтобы оценить эту разницу, найдем отношение массы альфа-частицы к массе электрона:

$ \frac{m_{\alpha}}{m_e} \approx \frac{6.64 \times 10^{-27} \text{ кг}}{9.11 \times 10^{-31} \text{ кг}} \approx 7290 $

Таким образом, альфа-частица почти в 7300 раз массивнее электрона. Взаимодействие между положительно заряженной альфа-частицей и отрицательно заряженным электроном является кулоновским (электростатическим). Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой электрон действует на альфа-частицу, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой альфа-частица действует на электрон. Однако, согласно второму закону Ньютона ($ \vec{a} = \frac{\vec{F}}{m} $), ускорение, которое получает каждая из частиц, обратно пропорционально ее массе.

Поскольку масса альфа-частицы $ m_{\alpha} $ во много раз больше массы электрона $ m_e $, ее ускорение $ a_{\alpha} $ будет во столько же раз меньше ускорения электрона $ a_e $: $ a_{\alpha} = \frac{F}{m_{\alpha}} \ll a_e = \frac{F}{m_e} $. Это означает, что траектория массивной альфа-частицы изменится незначительно, в то время как легкий электрон испытает сильное воздействие и будет отброшен со своей орбиты.

Это взаимодействие можно сравнить со столкновением летящего пушечного ядра с неподвижной горошиной. Ядро практически не изменит своей траектории, в то время как горошина отлетит с большой скоростью. Роль пушечного ядра играет альфа-частица, а роль горошины — электрон.

Заметное же отклонение альфа-частицы, наблюдаемое в опытах Резерфорда, происходит при ее взаимодействии с атомным ядром, которое не только обладает большим положительным зарядом, но и концентрирует в себе практически всю массу атома, будучи значительно массивнее даже самой альфа-частицы.

Ответ: Электроны не могут оказать заметного влияния на отклонение альфа-частиц из-за своей чрезвычайно малой массы по сравнению с массой альфа-частицы (которая больше примерно в 7300 раз). Из-за огромной инертности альфа-частицы ее траектория при столкновении с легким электроном почти не меняется. Существенное отклонение вызывает только кулоновское взаимодействие с массивным положительно заряженным ядром атома.