Номер 4, страница 188 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

4. Объясните причину рассеяния $\alpha$-частиц атомами вещества.

4.

Рассеяние $\alpha$-частиц при прохождении через вещество объясняется их электростатическим взаимодействием с атомными ядрами. Этот процесс лежит в основе знаменитых опытов Резерфорда, которые привели к созданию планетарной модели атома.

Причина рассеяния заключается в следующем:

1. Взаимодействующие объекты

• $\alpha$-частица (альфа-частица) — это ядро атома гелия, которое имеет положительный заряд $q_{\alpha} = +2e$ (где $e$ — элементарный заряд) и значительную массу.
• Атом вещества — согласно модели Резерфорда, атом состоит из очень маленького, массивного, положительно заряженного ядра (заряд $q_{я} = +Ze$, где $Z$ — порядковый номер элемента) и вращающихся вокруг него легких отрицательно заряженных электронов. Почти вся масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в ядре.

2. Сила взаимодействия

Основной силой, вызывающей рассеяние, является сила кулоновского отталкивания между двумя положительно заряженными объектами: $\alpha$-частицей и ядром атома. Величина этой силы обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: $F = k \frac{q_{\alpha} q_{я}}{r^2}$. Взаимодействием с легкими электронами можно пренебречь, так как они не могут существенно отклонить массивную $\alpha$-частицу.

3. Характер траекторий

• Поскольку ядро очень мало по сравнению с размерами всего атома, большинство $\alpha$-частиц пролетает сквозь вещество на большом расстоянии от ядер. Для них сила отталкивания пренебрежимо мала, и они продолжают движение практически без отклонения.
• Те немногие частицы, чья траектория проходит близко к ядру, испытывают сильное отталкивание и рассеиваются на различные углы. Чем ближе частица подлетает к ядру, тем на больший угол она отклоняется.
• В исключительно редких случаях "лобового" столкновения, когда $\alpha$-частица летит прямо на ядро, сила отталкивания настолько велика, что разворачивает частицу на 180°, отбрасывая её назад.

Именно анализ этих редких случаев рассеяния на большие углы позволил Резерфорду сделать вывод о существовании в атоме крошечного и массивного положительно заряженного ядра.

Ответ: Причиной рассеяния $\alpha$-частиц является кулоновское (электростатическое) отталкивание между положительно заряженными $\alpha$-частицами и положительно заряженными, массивными и очень компактными ядрами атомов вещества.