Номер 1, страница 254 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 61. Состав атомного ядра. Темы докладов - номер 1, страница 254.

Условие.

1. Как открывали протон.

Решение.

Открытие протона было результатом серии экспериментов, проведенных несколькими учеными на протяжении более 30 лет. Этот процесс можно разделить на несколько ключевых этапов.

1. Открытие «каналовых лучей» (1886 г.).

Немецкий физик Ойген (Евген) Гольдштейн, экспериментируя с газоразрядными трубками (похожими на те, что использовались для открытия электронов), заметил новый тип излучения. Он использовал катод с отверстиями (каналами) и обнаружил, что, помимо катодных лучей (потока электронов), движущихся от катода к аноду, существуют также лучи, которые проходят через каналы в катоде и движутся в противоположном направлении. Он назвал их «каналовыми лучами» (Kanalstrahlen). Эти лучи состояли из положительно заряженных ионов, которые образовывались, когда электроны сталкивались с атомами газа в трубке и выбивали из них другие электроны.

2. Изучение природы положительных ионов (1898–1913 гг.).

Вильгельм Вин в 1898 году, а затем Джозеф Джон Томсон, используя магнитные и электрические поля для отклонения каналовых лучей, смогли измерить отношение заряда к массе ($q/m$) для частиц, составляющих эти лучи. Они обнаружили, что это отношение зависит от типа газа в трубке, в отличие от электронов, у которых оно постоянно. Самое большое значение отношения $q/m$ (и, следовательно, наименьшая масса при единичном заряде) наблюдалось, когда трубка была наполнена водородом. Это указывало на то, что положительный ион водорода является самой легкой из всех известных положительно заряженных частиц.

3. Решающие эксперименты Эрнеста Резерфорда (1917–1919 гг.).

Окончательное открытие протона как фундаментальной частицы, входящей в состав ядер всех атомов, принадлежит Эрнесту Резерфорду. В 1911 году он уже предложил планетарную модель атома, согласно которой в центре атома находится небольшое, плотное, положительно заряженное ядро. Дальнейшие исследования были направлены на изучение строения самого ядра.

В 1919 году Резерфорд проводил эксперименты по бомбардировке альфа-частицами (ядрами гелия) атомов различных газов. Когда он использовал в качестве мишени азот, он обнаружил, что после столкновения альфа-частиц с ядрами азота появляются частицы, которые имели гораздо больший пробег в газе и вели себя точно так же, как ядра атомов водорода. Резерфорд понял, что альфа-частица выбила из ядра азота его составную часть.

Происходящую ядерную реакцию можно записать так:

$ ^{14}_{7}\text{N} + ^{4}_{2}\text{He} \rightarrow ^{17}_{8}\text{O} + ^{1}_{1}\text{H} $

где $ ^{14}_{7}\text{N} $ — ядро азота, $ ^{4}_{2}\text{He} $ — альфа-частица, $ ^{17}_{8}\text{O} $ — ядро изотопа кислорода, а $ ^{1}_{1}\text{H} $ — ядро водорода.

Резерфорд пришел к выводу, что ядро атома водорода является фундаментальной частицей, входящей в состав ядер всех химических элементов. В 1920 году он предложил назвать эту частицу «протоном» (от греческого «πρῶτον» — «первый»).

Ответ: Протон был открыт в результате серии исследований: в 1886 г. О. Гольдштейн обнаружил положительно заряженные «каналовые лучи»; в 1898-1913 гг. В. Вин и Дж. Дж. Томсон установили, что самой легкой из этих частиц является ион водорода; окончательно протон как фундаментальная частица был открыт Э. Резерфордом в 1919 году в экспериментах по бомбардировке азота альфа-частицами, в результате которых из ядра азота выбивались ядра водорода. В 1920 году Резерфорд дал этой частице название «протон».