Номер 1, страница 161 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава V. Физика атома и атомного ядра. Параграф 33. Модель атома Резерфорда - номер 1, страница 161.

Условие.

1. В чём заключался опыт Резерфорда по рассеянию $\alpha$-частиц золотой фольгой?

Решение.

Опыт Резерфорда по рассеянию $\alpha$-частиц, поставленный в 1909–1911 годах под его руководством Г. Гейгером и Э. Марсденом, был ключевым экспериментом для понимания строения атома. Его суть заключалась в следующем:

1. Установка: Источник радиоактивного излучения (радий) помещался в свинцовый контейнер с узким отверстием. Из этого отверстия вылетал направленный пучок высокоэнергетических положительно заряженных $\alpha$-частиц (ядер гелия). Этот пучок направлялся на мишень — очень тонкую золотую фольгу (толщиной около 0,4 мкм, что составляло всего несколько сотен атомных слоев). Вокруг фольги был размещен подвижный экран, покрытый слоем сульфида цинка, который светился (сцинтиллировал) при попадании на него $\alpha$-частицы. Наблюдая за вспышками с помощью микроскопа, можно было регистрировать количество частиц, рассеянных на разные углы.

2. Ожидания (на основе модели атома Томсона): В то время была распространена модель Дж. Дж. Томсона, согласно которой атом представлял собой шар, по всему объему которого равномерно распределен положительный заряд, а внутри него находятся отрицательно заряженные электроны (модель «пудинга с изюмом»). Согласно этой модели, массивные и быстрые $\alpha$-частицы должны были пролетать сквозь фольгу, практически не отклоняясь, так как электрическое поле внутри такого "рыхлого" атома было бы слишком слабым, чтобы существенно изменить их траекторию.

3. Результаты: Результаты эксперимента оказались совершенно неожиданными:
• Подавляющее большинство $\alpha$-частиц (более 99.9%) проходило сквозь фольгу, не меняя направления или отклоняясь на очень малые углы (до 1-2°), что соответствовало ожиданиям.
• Однако небольшое количество частиц отклонялось на значительные углы (более 90°).
• Исключительно редко (примерно 1 частица из 8000) $\alpha$-частицы отскакивали от фольги назад, в сторону источника, как будто они столкнулись с массивным препятствием. Резерфорд позже описал свое удивление так: «Это было почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в лист папиросной бумаги, и он отскочил бы и ударил вас».

4. Выводы: Наблюдаемое рассеяние на большие углы можно было объяснить только наличием в атоме очень сильного отталкивающего электрического поля. Это привело Резерфорда к созданию новой, планетарной модели атома:
• Почти вся масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в очень маленькой центральной области — ядре.
• Размеры ядра ничтожно малы по сравнению с размерами всего атома (примерно в 100 000 раз меньше).
• Вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются электроны.
Большинство $\alpha$-частиц пролетало сквозь «пустое» пространство атома, не задевая ядро, поэтому они не отклонялись. Лишь те немногие частицы, которые пролетали очень близко к положительно заряженному ядру, испытывали мощное кулоновское отталкивание и рассеивались на большие углы.

Ответ: Суть опыта заключалась в бомбардировке тонкой золотой фольги пучком $\alpha$-частиц и регистрации углов их рассеяния. Результаты, в частности, рассеяние малого числа частиц на большие углы, позволили сделать вывод о том, что атом состоит из очень маленького, плотного, положительно заряженного ядра, в котором сконцентрирована почти вся масса, и вращающихся вокруг него электронов. Этот эксперимент привел к созданию планетарной модели атома.