Реферат: Опыт Резерфорда
/>РЕЗЕРФОРДЭрнст (1871-1937), английский физик, один из создателей учения орадиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранныйчлен-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). ДиректорКавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установилих природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности.Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первуюискусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона.Нобелевская премия (1908).
Опыт Резерфорда (1906г.) по рассеянию быстрых заряженных частиц при прохождении через тонкие слоивещества позволили исследовать внутреннюю структуру атомов. В этих опытах длязондирования атомов использовались α – частица – полностью ионизированныеатомы гелия, — возникающие при радиоактивном распаде радия и некоторых другихэлементов. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых металлов.
Резерфорду было известно, что атомы состоят излегких отрицательно заряженных частиц – электронов и тяжелой положительнозаряженной частицы. Основная цель опытов – выяснить, как распределенположительный заряд внутри атома. Рассеяние α – частиц (то есть изменениенаправления движения) может вызвать только положительно заряженная часть атома.
Опыты показали, чтонекоторая часть α – частиц рассеивается на большие углы, близки к180˚, то есть отбрасывается назад. Это возможно только в том случае, еслиположительный заряд атома сосредоточен в очень малой центральной части атома –атомном ядре. В ядре сосредоточена также почти вся масса атома.
Оказалось, что ядраразличных атомов имеют диаметры порядка 10-14 – 10-15 см,в то время как размер самого атома ≈10-8 см, то есть в 104– 105 раз превышает размер ядра.
Таким образом, атомоказался «пустым».
На основании опытовпо рассеянию α – частиц на ядрах атомов Резерфорд пришел к планетарноймодели атома. Согласно этой модели атом состоит из небольшого положительнозаряженного ядра и обращающихся вокруг него электронов.
С точки зренияклассической физики такой атом должен быть неустойчив, так как электроныдвижущиеся по орбитам с ускорением, должны непрерывно излучать электромагнитнуюэнергию.
Дальнейшее развитиепредставлений о строении атомов было сделано Н. Бором (1913 г.) на основеквантовых представлений.
Лабораторная работа.
Данный опыт возможно провести при помощиспециального прибора, чертеж которого изображен на рисунке 1. Этот приборпредставляет собой свинцовую коробочку с полным вакуумом внутри её имикроскопом.
/>
Рассеяние(изменение направления движения) α – частиц может вызвать толькоположительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеянию α –частиц можно определить характер распределения положительного заряда и массывнутри атома. Схема опытов Резерфорда показана на рисунке 1. Испускаемыйрадиоактивным препаратом пучок α – частиц выделялся диафрагмой и послеэтого падал на тонкую фольгу из исследуемого материала (в данном случае этозолото). После рассеяния α – частицы попадали на экран, покрытый сернистымцинком. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось вспышкой света(сцинтилляцией), которую можно было наблюдать в микроскоп.
При хорошем вакуумевнутри прибора в отсутствие фольги на экране возникала полоска света, состоящаяиз сцинтилляций, вызванных тонким пучком α – частиц. Но когда на путипучка помещалась фольга, α – частицы из-за рассеяния распределялись набольшей площади экрана.
В нашем опыте нужноисследовать α – частицу, которая направлена на ядро золота при составленииугла 180° (рис. 2) и проследить за реакцией α – частицы, т.е. на какоеминимальное расстояние α – частица приблизится к ядру золота (рис. 3).
/>Рис. 2
/> Рис.3
Дано:
V0=1,6*107м/с– начальная скорость
d = 10-13
/>= 180°
rmin=?
Вопрс:
Какое минимальное расстояние rminмежду α – частицей и ядром удастся реализовать в данном эксперименте?(Рис. 4)
/> Рис.4
Решение:
В нашем эксперименте α – частица представлена какатом />
/>mнейтр/>кг
Z=2 – протонов
N = Au– Z = 4 – 2 = 2 нейтрона
/>
mp=/>кг
/> Z=79 – число протонов
N = Au– Z = 196 – 79 =117 (нейтронов)
/>
/>кг
/>
/>кг
/>
/> />
/>
/> /> />Кл2/H ∙м2 – электрическая постоянная
/>
/>
/> m2=6,6∙10-27кг
ZHe∙2∙/> — заряд ядра (He) ZAu∙/>— заряд ядра (Au)
/> — зарядα-частицы равен 2 элементарным.
/>
Ответ:rmin=4,3·10-14м
Вывод: При этомопыте удалось выяснить, что a-частица смоглаприблизится к ядру атома на минимальное расстояние, которое составило rmin=4,3·10-14 м и возвратитсяобратно, по той же траектории по которой она начинала движение.
Когда этот же опытРезерфорд проделал в первые, при таком расположении a-частицыпо отношению к углу составляющему 180° он удивленно сказал: «Это почти стольже невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок тонкойбумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанес вам удар».
И в правду, это невероятно, дело в том, что проводя этот опыт на меньших углах, то а — частицаобязательно отскочит в сторону, подобно тому как камушек несколько десятковграммов при столкновении с автомобилем не в состоянии заметно изменить егоскорость (рис. 5). Так как их масса примерно в 8000 раз больше массы электрона,а положительный заряд равен по модулю удвоенному заряду электрона. Это не чтоиное, как полностью ионизированные атомы гелия. Скорость α – частиц оченьвелика: она составляет 1/15 скорости света.Следовательно, электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменитьтраекторию α – частицы.
/> Рис. 5