Номер 2, страница 132 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 8. Строение атома. Элементы классической электронной теории. Параграф 36. Строение атома. Опыты Резерфорда. Вопросы - номер 2, страница 132.

Условие.

2. Почему электроны атомов золотой фольги не оказывают заметного влияния на движение $\alpha$-частиц в опытах Резерфорда?

Решение.

Решение

Электроны атомов золотой фольги не оказывают заметного влияния на движение α-частиц в опытах Резерфорда по причине колоссальной разницы в массах и, как следствие, в импульсах и кинетических энергиях этих частиц.

Основная причина заключается в соотношении масс. Альфа-частица (α-частица) — это ядро атома гелия, которое состоит из двух протонов и двух нейтронов. Её масса ($m_\alpha$) составляет примерно $6.64 \times 10^{-27}$ кг. Масса электрона ($m_e$) неизмеримо меньше — всего $9.11 \times 10^{-31}$ кг. Сравнение их масс показывает, что α-частица массивнее электрона почти в 7300 раз:
$ \frac{m_\alpha}{m_e} = \frac{6.64 \times 10^{-27} \text{ кг}}{9.11 \times 10^{-31} \text{ кг}} \approx 7300 $

Согласно законам сохранения импульса и энергии, при столкновении очень массивного и быстрого тела с очень лёгким, траектория массивного тела практически не изменяется. Вся энергия и импульс, которые α-частица может передать электрону, ничтожны по сравнению с её собственными. Это взаимодействие можно сравнить со столкновением летящего пушечного ядра с горошиной: ядро продолжит свой путь почти без изменений, в то время как горошина отлетит в сторону. Аналогично, α-частица легко выбивает электрон с его орбиты, но сама практически не отклоняется.

В отличие от лёгких электронов, ядро атома золота является очень массивным (примерно в 50 раз тяжелее α-частицы) и обладает большим положительным зарядом ($+79e$, где $\text{e}$ — элементарный заряд). Когда положительно заряженная α-частица ($+2e$) пролетает вблизи ядра, она испытывает мощное кулоновское отталкивание. Именно это взаимодействие с тяжёлым и сильно заряженным ядром и является причиной значительных отклонений и рассеяния α-частиц на большие углы, что и было зафиксировано в опытах Резерфорда.

Ответ:

Электроны атомов золотой фольги не оказывают заметного влияния на движение α-частиц, потому что масса α-частицы почти в 7300 раз больше массы электрона. Из-за этого, а также из-за высокой кинетической энергии, α-частица при взаимодействии с электроном практически не меняет свою траекторию. Существенное отклонение α-частиц вызывает только электростатическое взаимодействие с гораздо более массивным и обладающим большим положительным зарядом ядром атома золота.