Обсуди с товарищами, страница 289 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 59. Экспериментальные методы исследования частиц. Ответь на вопросы - страница 289.

Условие.

Известно, что Резерфорд использовал счётчик своего ученика Гейгера для определения заряда α-частицы. Предложите вариант такого эксперимента.

Решение.

Решение 2.

Для определения заряда α-частицы с помощью счетчика Гейгера можно предложить следующий эксперимент, основанный на методе, который исторически использовали Резерфорд и Гейгер.

Идея эксперимента заключается в том, чтобы за определенный промежуток времени измерить две величины:

1. Общее количество α-частиц, испущенных радиоактивным источником в определенном направлении.
2. Суммарный электрический заряд, переносимый этими частицами.

Зная общее количество частиц и их суммарный заряд, можно найти заряд одной частицы, разделив вторую величину на первую.

Дано:

$N$ – число α-частиц, зарегистрированных за время $t$.

$Q$ – суммарный заряд, накопленный за время $t$.

Найти:

$q_\alpha$ – заряд одной α-частицы.

Решение

Эксперимент проводится в два этапа с использованием одной и той же экспериментальной установки.

Экспериментальная установка:

• Источник α-частиц (например, радиоактивный препарат радия).
• Коллиматор (система диафрагм) для создания узкого направленного пучка α-частиц.
• Счетчик Гейгера для регистрации отдельных частиц.
• Цилиндр Фарадея (изолированный металлический сборник зарядов).
• Чувствительный электрометр для измерения малых электрических зарядов.
• Секундомер для измерения времени.

Ход эксперимента:

Этап 1: Подсчет числа частиц.

На пути пучка α-частиц, сформированного коллиматором, устанавливается счетчик Гейгера. Включается счетчик и секундомер. В течение достаточно большого промежутка времени $t$ (для уменьшения статистической погрешности) подсчитывается общее число α-частиц $N$, которые попадают в счетчик. Это позволяет определить интенсивность потока частиц в пучке.

Этап 2: Измерение суммарного заряда.

Счетчик Гейгера убирается из установки. На его место, так чтобы в него попадал тот же самый пучок частиц, помещается цилиндр Фарадея, соединенный с электрометром. α-частицы, попадая в цилиндр, останавливаются и передают ему свой заряд. Электрометр измеряет суммарный заряд $Q$, который накопился на цилиндре за тот же промежуток времени $t$. Вакуумирование установки помогает избежать ионизации воздуха частицами, что могло бы повлиять на точность измерения заряда.

Вычисление заряда α-частицы:

Предполагая, что все α-частицы имеют одинаковый заряд $q_\alpha$, суммарный заряд $Q$, перенесенный $N$ частицами, равен:

$Q = N \cdot q_\alpha$

Отсюда заряд одной α-частицы можно найти по формуле:

$q_\alpha = \frac{Q}{N}$

Подставив экспериментально полученные значения $Q$ и $N$, можно вычислить искомую величину. В своих опытах Резерфорд и Гейгер установили, что заряд α-частицы является положительным и примерно в два раза превышает по модулю заряд электрона (элементарный заряд $e$).

Ответ:

Нужно направить коллимированный пучок α-частиц сначала на счетчик Гейгера и измерить число частиц $N$, попавших в него за время $t$. Затем направить тот же пучок на изолированный коллектор (цилиндр Фарадея), соединенный с электрометром, и измерить суммарный заряд $Q$, накопленный за то же время $t$. Заряд одной α-частицы определяется как отношение суммарного заряда к числу частиц: $q_\alpha = Q/N$. Проведение такого эксперимента позволило установить, что заряд α-частицы положителен и равен двум элементарным зарядам ($q_\alpha = +2e$).