Главная > Элементарный учебник физики Т3
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 203. Ядерная модель атома

В предыдущих параграфах мы познакомились с данными о размерах и массах атомов. Перейдем теперь к вопросу о внутреннем строении атома.

Изучению строения атома способствовало открытие явлений радиоактивности. Мы подробно остановимся на этих явлениях в гл. XXIII. Пока нам достаточно знать о радиоактивности следующее.

Некоторые элементы, расположенные в конце периодической системы Д. И. Менделеева, обладают способностью испускать быстрые заряженные частицы, называемые альфа-частицами ( - частицами). Опыты показали, что  - частицами представляют собой ионизованные атомы гелия. Они несут положительный электрический заряд, равный , и обладают массой . Обнаруживаться  - частицы могут по различным своим действиям, например по действию на люминесцирующие экраны. При ударе даже одной быстрой  - частицы об экран, покрытый люминесцирующим веществом (например, сернистым цинком), возникает кратковременная вспышка света, называемая сцинтилляцией. Сцинтилляции легко замечаются глазом, в особенности при наблюдении в микроскоп с небольшим увеличением,  - частицы вылетают из радиоактивных атомов со скоростью, превышающей . Благодаря своей громадной скорости  - частицы при столкновениях с атомами могут проникать внутрь последних. Этим удается воспользоваться, чтобы получить сведения о внутреннем устройстве атома.

Рассмотрим следующий опыт (рис. 355). Перед источником  - частиц 1 помещена диафрагма 2 с небольшим отверстием в центре - частицы, попадающие на материал диафрагмы, задерживаются;  - частицы, попадающие в отверстие, проходят через него в виде узкого пучка. В месте попадания пучка  - частиц на прозрачный люминесцирующий экран 3 образуется светящееся пятно, представляющее собой сцинтилляции, возникающие под ударом каждой отдельной  - частицы. Так как число частиц, попадающих на экран за , велико, то отдельные сцинтилляции сливаются для наблюдателя в световое пятно.

Рис. 355. Наблюдение сцинтилляций, вызываемых  - частицами: 1 – источник  - частиц, 2 – диафрагма с небольшим отверстием, 3 – люминесцирующий экран, 4 – микроскоп для наблюдения сцинтилляций

Поместим перед экраном тонкий слой какого-либо вещества, например золотую фольгу, толщиной примерно . Мы увидим (рис 356), что интенсивность центрального светящегося пятна уменьшится, правда незначительно. В то же время появится некоторое число сцинтилляций вне центрального пучка. Эти сцинтилляции вызваны  - частицами, которые при прохождении сквозь золотую фольгу изменили направление полета, или, как говорят, рассеялись. Передвигая микроскоп по экрану от центрального пятна наружу, мы установим, что число рассеянных  - частицы быстро убывает с увеличением угла рассеяния.

Рис. 356. Рассеяния  - частиц золотой фольгой 5 (остальные обозначения те же, что и на рис.355)

В описанном опыте замечательным является следующее. Диаметр атома золота равен . Золотая фольга толщиной  содержит  атомных слоев. В твердом теле атомы расположены почти вплотную (§ 195). Поэтому при прохождении через фольгу  - частица должна столкнуться примерно с 3000 атомов золота. Тем не менее, как мы видели, подавляющая доля  - частиц проходит фольгу и не испытывает при этом заметного рассеяния. На основании этих опытов мы приходим к заключению, что атом золота ни в коем случае нельзя считать непроницаемым.

С другой стороны, важно отметить, что некоторые  - частицы, проходя через фольгу, рассеиваются на большие углы. Чтобы отклонить обладающую колоссальной скоростью  - частицу на большой угол, нужны громадные силы. Следовательно, внутри атома на  - частицу могут действовать очень большие силы, но в поле этих сил попадает лишь малая доля пролетающих частиц.

Чтобы объяснить эти опыты, английский физик Эрнест Резерфорд (1871—1937) предложил (в 1911 г.) ядерную модель строения атома. Согласно ядерной модели почти вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре, занимающем лишь ничтожную часть объема атома. Положительное ядро окружено отрицательными электронами. Электронная оболочка занимает практически весь объем атома, но масса ее ввиду легкости электрона незначительна.

Рассмотрим с точки зрения такой ядерной модели процесс прохождения  - частицы через атом. На  - частицу, проникающую в атом, действуют электрические силы со стороны ядра и электронов. Масса электрона почти в 8000 раз меньше массы  - частицы. Поэтому взаимодействие  - частицы с электроном протекает аналогично упругому соударению быстро движущегося тяжелого шара с легким. При таком соударении направление движения легкого шара может резко измениться, тогда как скорость тяжелого шара изменяется незначительно (рис. 357). Таким образом, взаимодействие с электронами не приводит к заметному отклонению  - частицы. Что касается взаимодействия  - частицы с ядром, то оно может заметно изменить движение  - частицы. В самом деле, в случае золота роль тяжелого шара играет ядро атома золота, а роль легкого —  - частица (масса атома золота равна , масса  - частицы — ).

Рис. 357. Соударение тяжелого шара с легким. Сплошными стрелками показаны скорости шаров а) до удара; б) после удара; движение тяжелого шара изменяется в результате соударения незначительно (штриховые стрелки – скорости шаров до удара)

Отклонение  - частицы пропорционально действующей на нее силе, которая тем больше, чем ближе к ядру подходит  - частица.

То обстоятельство, что некоторые  - частицы испытывают весьма значительные отклонения, доказывает, что иногда  - частица и ядро могут сблизиться до очень небольшого расстояния, т. е. что размеры и  - частицы и ядра очень малы. Но такие  - частицы, которые пролетают близко от ядра, встречаются редко. Большинство  - частиц пролетает на сравнительно большом расстоянии от ядра и поэтому отклоняется слабо (рис. 358).

Рис. 358. Траектории  - частиц, пролетающих на разных расстояниях от атомного ядра

Используя закон Кулона и законы динамики Ньютона, Резерфорд рассчитал зависимость числа рассеянных  - частиц от угла рассеяния. Результаты расчета прекрасно согласуются с данными измерений, проведенных с фольгами из различных материалов. Это согласие доказывает правильность ядерной модели атома. Оно же доказывает правильность допущения, что электрические силы, действующие внутри атома, подчиняются закону Кулона . Но мы знаем, что закон Кулона справедлив в том случае, когда размеры взаимодействующих зарядов малы по сравнению с расстояниями между ними. То обстоятельство, что закон этот соблюдается даже при очень значительном сближении центров взаимодействующих ядра и  - частицы, показывает, что размеры ядер должны быть очень малы. Теоретический расчет и сравнение его с данными опытов позволяют сделать количественные заключения о размерах ядра и его заряде.

Оказывается, что диаметры ядер разных атомов несколько различны (диаметр ядра тем больше, чем больше масса атома) и составляют около . Размер ядра, таким образом, примерно в 10 000 раз меньше размера атома. Вообразим на минуту, что мы проникли глазом внутрь плотной среды — жидкости или твердого тела. Мы увидим «туман» легких электронов, заполняющий весь объем вещества. В этом «тумане» редко-редко расположены крошечные, но тяжелые атомные ядра, отстоящие друг от друга на расстояниях, в десять тысяч раз превышающих размеры самих ядер.

Заряд ядра равен , где  — элементарный заряд, а  — порядковый номер элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Так как атом в целом нейтрален, то число электронов в атоме равно . Таким образом, порядковый номер элемента в таблице Менделеева имеет глубокий физический смысл: порядковый номер элемента есть заряд атомного ядра в элементарных единицах заряда и в то же время число электронов в атоме.

 

1
Оглавление
email@scask.ru