Номер 3, страница 77 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-56. Радиоактивность. Модели атомов. Вариант 1 - номер 3, страница 77.

Условие.

3. В чём причина сильного отклонения α-частиц при проведении опыта Резерфорда по исследованию строения атома в 1911 г.?

Решение.

Причиной сильного отклонения α-частиц в опыте Резерфорда стало их электростатическое (кулоновское) взаимодействие с массивным, положительно заряженным и очень компактным ядром атома.

До этого эксперимента доминировала модель атома Томсона («пудинг с изюмом»), согласно которой положительный заряд был «размазан» по всему объёму атома. В такой модели пролетающая α-частица (ядро атома гелия, имеющее положительный заряд $+2e$) не могла бы встретить на своем пути достаточно концентрированную силу, чтобы вызвать значительное отклонение. Ожидалось, что все частицы пролетят сквозь тонкую золотую фольгу практически без изменения траектории.

Однако результаты эксперимента показали, что, хотя подавляющее большинство α-частиц действительно пролетало почти без отклонений, небольшая их часть (примерно 1 из 8000) отклонялась на очень большие углы, вплоть до 180 градусов (то есть отскакивала назад). Этот факт было невозможно объяснить в рамках модели Томсона.

Эрнест Резерфорд пришел к выводу, что такой результат возможен только в том случае, если почти вся масса атома и весь его положительный заряд ($+Ze$, где $\text{Z}$ — порядковый номер элемента) сосредоточены в чрезвычайно малом объёме в центре атома. Этот центр он назвал ядром. Когда положительно заряженная α-частица в своем движении случайно приближается очень близко к этому ядру, на неё начинает действовать огромная сила отталкивания, которая описывается законом Кулона:
$F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} = k \frac{(Ze)(2e)}{r^2}$
где $\text{r}$ — расстояние между частицей и ядром, а $\text{k}$ — постоянная в законе Кулона. Поскольку расстояние $\text{r}$ может стать очень малым, сила отталкивания $\text{F}$ резко возрастает и становится достаточно большой, чтобы кардинально изменить траекторию α-частицы. Именно такие редкие события «лобового» или близкого столкновения и приводили к наблюдаемому рассеянию на большие углы.

Ответ: Причиной сильного отклонения α-частиц является мощная сила кулоновского отталкивания, возникающая между положительно заряженной α-частицей и очень маленьким, массивным, положительно заряженным ядром атома при их сближении на малое расстояние.