Номер 6, страница 7, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 13. Электризация тел. Носители электрического заряда - номер 6, страница 7.

Условие.

6. Прочитайте следующий текст и выполните задания к нему.

Каков же механизм электризации тел? Ответ на этот вопрос дал в конце XIX века английский учёный Дж. Томсон. Он установил на опыте, что в состав атомов входят частицы, имеющие отрицательный заряд. Эти частицы назвали электронами.

Томсон предположил, что атом представляет собой нечто вроде «кекса с изюмом»: внутри положительно заряженного шарика («кекса») находятся отрицательно заряженные электроны («изюминки»).

Электризация тел происходит тогда, когда некоторая часть электронов переходит с одного тела на другое.

Для проверки справедливости модели атома Томсона другой английский физик — Э. Резерфорд использовал быстрые положительно заряженные $\alpha$-частицы (так называемые $\alpha$-частицы). На рисунке 13.4 показана схема опыта Резерфорда.

Рис. 13.4

Быстрые $\alpha$-частицы вылетали узким пучком из свинцового цилиндра и попадали на тонкую металлическую фольгу. За фольгой был расположен экран: на нём в месте попадания $\alpha$-частиц появлялись светящиеся точки. По положению этих точек можно было определить, как отклоняются $\alpha$-частицы при взаимодействии с атомами в фольге.

Большинство пролетевших сквозь фольгу $\alpha$-частиц отклонялись мало, но Резерфорд был настоящим исследователем и решил проверить все возможные результаты столкновений $\alpha$-частиц с атомами. Поэтому он предложил поставить экран так, чтобы на него могли попасть $\alpha$-частицы, отклонившиеся на угол, близкий к $180^\circ$, то есть летящие почти назад (рис. 13.5).

Рис. 13.5

И такие $\alpha$-частицы действительно обнаружились! Это противоречило модели атома Томсона: расчёты показывали, что $\alpha$-частица, масса которой почти в $\text{8}$ тысяч раз превосходит массу электрона, может полететь назад, только столкнувшись с очень малым объектом, масса которого значительно превышает массу $\alpha$-частицы. Исходя из результатов своего опыта, Резерфорд сделал вывод:

внутри атома есть очень малое положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома.

На рисунке 13.6 схематически показано движение двух $\alpha$-частиц, налетающих на атомное ядро: одна из них отклонилась на малый угол, а другая — изменила направление движения на почти противоположное.

Рис. 13.6

Используя результаты данного опыта, Резерфорд оценил размер атомного ядра. И оказалось, что атомное ядро в десятки тысяч раз меньше атома! Размер атома составляет примерно $10^{-10}$ м, а размер атомного ядра всего лишь $10^{-14}$ м.

Чтобы объяснить результаты его опыта, Резерфорд предложил планетарную модель атома, схематически изображённую на рисунке 13.7. Согласно этой модели вокруг массивного положительно заряженного ядра движутся лёгкие отрицательно заряженные электроны.

Поскольку электрический заряд любого атома равен нулю, суммарный отрицательный заряд всех электронов атома в точности компенсирует положительный заряд атомного ядра.

Рис. 13.7

а) Подтвердили ли опыты Резерфорда модель атома, предложенную Томсоном?

б) Какое вещество использовал Резерфорд в качестве источника $\alpha$-частиц?

в) Для чего Резерфорд использовал свинцовый цилиндр в своём опыте?

г) Большинство $\alpha$-частиц отклонялось сильно или слабо при взаимодействии с фольгой?

д) На основании чего Резерфорд сделал вывод, что внутри атома есть очень малое положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома?

е) Каким взаимодействием электроны удерживаются вблизи атомного ядра?

Решение.

а) Нет, опыты Резерфорда не подтвердили, а, наоборот, опровергли модель атома Томсона. Согласно модели Томсона, положительный заряд равномерно распределен по всему объему атома, что не могло бы вызвать сильного отклонения α-частиц. Обнаружение в опыте Резерфорда α-частиц, рассеянных на большие углы (вплоть до $180^\circ$), прямо противоречило модели Томсона.

Ответ: Нет, опыты Резерфорда опровергли модель атома, предложенную Томсоном.

б) В тексте и на схеме опыта (рис. 13.4) указано, что источником α-частиц служил радиоактивный элемент радий.

Ответ: В качестве источника α-частиц Резерфорд использовал радий.

в) Свинцовый цилиндр с узким отверстием использовался для формирования узкого направленного пучка α-частиц (коллимации). Свинец — плотное вещество, хорошо поглощающее радиоактивное излучение, поэтому частицы, летящие в стороны, поглощались, и только те, что двигались вдоль оси отверстия, попадали на фольгу.

Ответ: Свинцовый цилиндр использовался для того, чтобы получить узкий, направленный пучок α-частиц.

г) В тексте прямо указано: «Большинство пролетевших сквозь фольгу α-частиц отклонялись очень мало». Это означало, что большая часть объёма атомов фольги является пустым пространством.

Ответ: Большинство α-частиц отклонялось слабо.

д) Резерфорд сделал такой вывод на основании того, что очень малая часть α-частиц (примерно 1 из 8000, как показывают расчёты, упомянутые в тексте) отклонялась на очень большие углы, вплоть до отражения в обратном направлении. Такое сильное отталкивание положительно заряженной α-частицы возможно только при её взаимодействии с очень массивным, компактным и тоже положительно заряженным объектом. Редкость таких событий указывала на крайне малый размер этого объекта (ядра) по сравнению с размером всего атома.

Ответ: На основании того, что лишь ничтожно малая часть α-частиц испытывала сильное отклонение, что могло быть вызвано только столкновением с очень малым, массивным и положительно заряженным центром атома.

е) В планетарной модели атома Резерфорда электроны имеют отрицательный заряд, а атомное ядро — положительный. Согласно закону Кулона, разноимённые заряды притягиваются. Это электростатическое (кулоновское) притяжение, являющееся проявлением электромагнитного взаимодействия, и удерживает электроны на орбитах вблизи ядра.

Ответ: Электроны удерживаются вблизи атомного ядра электростатическим взаимодействием (силами притяжения к положительно заряженному ядру).