Номер 5, страница 250 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. Используя рисунок 181, расскажите, как проводился опыт по рассеянию $ \alpha $-частиц.

5. Опыт по рассеянию α-частиц, проведенный под руководством Эрнеста Резерфорда в 1909-1911 годах, был направлен на исследование строения атома. Хотя рисунок 181 не представлен, можно описать классическую схему этого фундаментального эксперимента.

Установка и ход эксперимента:

Экспериментальная установка состояла из нескольких ключевых элементов, размещенных в вакуумной камере для предотвращения рассеяния частиц на молекулах воздуха:

• Источник α-частиц: Радиоактивный препарат (например, радий), испускающий α-частицы, помещался в толстостенный свинцовый контейнер с узким каналом. α-частицы — это ядра атомов гелия, имеющие положительный заряд $+2e$ ($He^{2+}$) и значительную массу. Контейнер позволял сформировать узконаправленный пучок таких частиц.
• Мишень: На пути пучка α-частиц располагалась мишень — очень тонкая фольга из золота. Золото было выбрано потому, что оно очень пластично и из него можно изготовить фольгу толщиной всего в несколько сотен атомных слоев (около $10^{-7}$ м).
• Детектор: Для регистрации α-частиц после их прохождения через фольгу использовался подвижный экран, покрытый слоем сульфида цинка ($ZnS$). При попадании на него α-частицы возникает слабая световая вспышка (сцинтилляция). Эти вспышки наблюдались и подсчитывались с помощью микроскопа.

В ходе опыта пучок α-частиц направлялся на золотую фольгу. Экран с микроскопом перемещали вокруг фольги, измеряя, какое количество частиц рассеивается на разные углы $ \phi $ по отношению к их первоначальному направлению.

Результаты и выводы:

Согласно модели атома Дж. Дж. Томсона, атом представлял собой «пудинг» с равномерно распределенным по всему объему положительным зарядом, в который «вкраплены» электроны. При прохождении через такое вещество массивные и быстрые α-частицы должны были отклоняться лишь на очень малые углы.

Однако результаты эксперимента оказались совершенно иными:

1. Подавляющее большинство α-частиц проходило через фольгу, не изменяя своего направления, что указывало на то, что атом в основном состоит из пустого пространства.
2. Небольшое количество частиц (примерно 1 из 2000) отклонялось на значительные углы.
3. Очень редкие частицы (примерно 1 из 8000) отклонялись на углы, близкие к $180^\circ$, то есть практически отбрасывались назад.

Такие результаты были несовместимы с моделью Томсона. Резерфорд пришел к выводу, что столь сильное отклонение возможно только в том случае, если почти вся масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в очень малой области в его центре. Эту область он назвал атомным ядром. Электроны же, согласно его модели, вращаются вокруг этого ядра, подобно планетам вокруг Солнца. Так родилась планетарная модель атома.

Ответ: Опыт по рассеянию α-частиц заключался в бомбардировке тонкой золотой фольги пучком α-частиц. С помощью подвижного экрана регистрировались траектории частиц после взаимодействия с фольгой. Было обнаружено, что, хотя большинство частиц проходит насквозь без существенного отклонения, некоторые рассеиваются на большие углы, а единичные отбрасываются назад. Это позволило сделать вывод о том, что атом имеет крошечное, массивное, положительно заряженное ядро, в котором сконцентрирована почти вся его масса.