Номер 5, страница 277 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 56. Радиоактивность. Модели атомов. Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 5, страница 277.

5. Используя рисунок 202, расскажите, как проводился опыт по рассеянию α-частиц.

Решение

Опыт по рассеянию $\alpha$-частиц, проведенный Эрнестом Резерфордом, Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом в 1909–1911 годах, был ключевым экспериментом, который привел к открытию атомного ядра и созданию планетарной модели атома. Схема установки для этого опыта и его ход были следующими:

1. Устройство экспериментальной установки:

• Источник $\alpha$-частиц: В качестве источника использовался радиоактивный элемент (например, радий), помещенный в толстостенный свинцовый контейнер. В контейнере было проделано узкое отверстие (коллиматор), которое позволяло получить узконаправленный пучок положительно заряженных $\alpha$-частиц (ядер атома гелия).
• Мишень: На пути пучка $\alpha$-частиц размещалась очень тонкая фольга из золота. Золото было выбрано из-за его пластичности, что позволяло изготовить фольгу толщиной всего в несколько сотен атомных слоев. Тонкость фольги была важна, чтобы минимизировать вероятность многократного рассеяния одной и той же частицы.
• Детектор: Для регистрации рассеянных частиц использовался подвижный экран, покрытый слоем сульфида цинка ($ZnS$). При попадании $\alpha$-частицы на такой экран в точке попадания происходила крошечная световая вспышка (сцинтилляция). Эти вспышки наблюдали и подсчитывали в затемненной комнате с помощью микроскопа.
• Вакуумная камера: Вся установка — источник, фольга и экран — помещалась в герметичную камеру, из которой откачивался воздух. Это было необходимо для того, чтобы $\alpha$-частицы не рассеивались на молекулах воздуха на своем пути.

2. Проведение опыта:

Пучок $\alpha$-частиц, вылетающих из источника, направлялся на золотую фольгу. Проходя через фольгу, частицы взаимодействовали с атомами золота и отклонялись от своего первоначального направления на различные углы (рассеивались).

С помощью подвижного микроскопа с экраном исследователи систематически измеряли количество частиц, рассеянных на разные углы. Экран вместе с микроскопом можно было перемещать по дуге окружности вокруг фольги, что позволяло регистрировать частицы, отклонившиеся как на малые, так и на очень большие углы.

3. Наблюдаемые результаты и их значение:

• Подавляющее большинство $\alpha$-частиц проходило через фольгу, практически не отклоняясь или отклоняясь на очень малые углы (менее 1°).
• Небольшая часть частиц рассеивалась на значительные углы.
• Крайне малое, но обнаружимое количество частиц (примерно 1 из 8000) рассеивалось на углы, превышающие 90°, то есть фактически отбрасывалось назад.

Эти результаты кардинально противоречили модели атома Томсона («пудинг с изюмом»), согласно которой положительный заряд и масса были равномерно распределены по всему объему атома. На основании полученных данных Резерфорд сделал вывод, что почти вся масса атома и весь его положительный заряд сконцентрированы в очень малом объеме в его центре — ядре. Большинство $\alpha$-частиц пролетало сквозь «пустое» пространство атома, а те немногие, что пролетали вблизи массивного положительно заряженного ядра, испытывали сильное электрическое отталкивание и рассеивались на большие углы.

Ответ:

В опыте по рассеянию $\alpha$-частиц узкий пучок этих частиц от радиоактивного источника, помещенного в свинцовый контейнер, направлялся на тончайшую золотую фольгу. Вся установка находилась в вакуумной камере. Рассеянные частицы регистрировались по вспышкам (сцинтилляциям) на подвижном экране, покрытом сульфидом цинка. Подсчитывая количество вспышек при разных углах рассеяния, было установлено, что подавляющее большинство частиц проходит сквозь фольгу без заметного отклонения, но незначительная часть рассеивается на большие углы, вплоть до 180°. Этот результат привел к созданию ядерной (планетарной) модели атома.