Номер 12, страница 130 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

12. Как Резерфорд объяснил рассеяние небольшой доли альфа-частиц после прохождения через тонкий слой металла на большие углы от первоначального направления движения?

Эрнест Резерфорд объяснил редкие случаи рассеяния альфа-частиц на большие углы, наблюдавшиеся в его знаменитом эксперименте с золотой фольгой, предложив принципиально новую модель строения атома — планетарную (или ядерную) модель.

До опытов Резерфорда доминировала модель атома Томсона («пудинг с изюмом»), согласно которой положительный заряд и масса атома были равномерно распределены по всему его объему. Такая модель не могла объяснить, почему некоторые альфа-частицы (положительно заряженные ядра гелия) отскакивали от фольги почти в обратном направлении. Равномерно «размазанный» положительный заряд не мог создать достаточно сильное электрическое поле для такого резкого отклонения.

Резерфорд предположил, что практически вся масса атома (более 99.9%) и весь его положительный заряд сосредоточены в очень маленькой области в центре атома, которую он назвал ядром. При этом размеры ядра чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, а большая часть его объёма — это пустое пространство, в котором вокруг ядра по орбитам вращаются отрицательно заряженные электроны.

Исходя из этой модели, рассеяние альфа-частиц на большие углы объясняется следующим образом. Положительно заряженная альфа-частица ($q_{\alpha} = +2e$) и положительно заряженное ядро атома ($q_{ядра} = +Ze$, где $\text{Z}$ — порядковый номер элемента) испытывают взаимное электростатическое отталкивание, описываемое законом Кулона: $F = k \frac{q_{\alpha} q_{ядра}}{r^2}$. Когда альфа-частица случайно пролетает очень близко к ядру, расстояние $\text{r}$ между ними становится очень малым. Из-за этого сила отталкивания $\text{F}$ резко и многократно возрастает. Эта огромная сила способна значительно изменить траекторию массивной и быстрой альфа-частицы, отклонив её на большой угол, вплоть до 180°.

Так как ядро очень мало, вероятность такого близкого пролета (почти прямого столкновения) крайне низка. Большинство альфа-частиц пролетают далеко от ядер и либо не отклоняются совсем, либо отклоняются на малые углы. Именно это и объясняет, почему лишь небольшая доля альфа-частиц (примерно 1 из 8000) рассеивалась на большие углы.

Ответ: Резерфорд объяснил рассеяние небольшой доли альфа-частиц на большие углы тем, что в центре атома находится очень маленькое, массивное и положительно заряженное ядро. Когда альфа-частица (также положительно заряженная) пролетает очень близко к этому ядру, возникает огромная сила кулоновского отталкивания, которая и отклоняет частицу на большой угол. Редкость таких событий объясняется тем, что ядро занимает ничтожно малую часть объёма атома.