Какая часть атома вносит основной вклад в рассеяние альфа частиц в опытах резерфорда

3. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц

Открытие электрона, рентгеновского излучения и явления радиоактивности свидетельствовало о том, что представление об атоме как неделимой частице являлось неверным. К концу \(XIX\) века стало понятно, что атом должен иметь сложное строение. Большой вклад в изучение строения атома внёс физик-экспериментатор Эрнест Резерфорд .

Эрнест Резерфорд

В \(1904\) году Резерфорд начал свои эксперименты по бомбардировке альфа-частицами тонких металлических пластин (золотых и платиновых) для изучения структуры атомов, из которых состоят пластины.

Альфа-частица — ионизированный атом гелия.

Альфа-частица — это массивная (масса альфа-частицы в несколько тысяч раз больше, чем масса электрона) положительно заряженная частица. Заряд альфа-частицы в два раза больше элементарного заряда.

Схематично установка Резерфорда изображена на рисунке ниже.

В толстостенном свинцовом футляре (\(1\)) находится радиоактивное вещество (\(2\)), излучающее поток альфа-частиц. Через небольшое отверстие (\(3\)) поток альфа-частиц направляется на тонкую золотую фольгу (\(4\)) (толщиной порядка \(0,1\) мк). За фольгой располагается экран, покрытый сернистым цинком (\(5\)). При столкновении альфа-частицы на экране наблюдается вспышка.

Согласно модели строения атома по Томсону, альфа-частицы должны столкнуться с большими плотными атомами и разлететься под разными углами. Однако опыт показал, что большинство альфа-частиц пролетают беспрепятственно через пластинку металла (\(6\)). И только небольшая часть всех альфа-частиц изменяет направление движения, отклоняясь на небольшие углы (\(7\)). А некоторые частицы и вовсе отлетают от фольги в обратном направлении (\(8\)).

Результаты опыта были удивительными. Только в \(1911\) году Резерфорд смог объяснить результаты опытов, предложив новую модель строения атома.

Ядерная модель строения атома

Так как большинство альфа-частиц свободно проходило через фольгу, это означало, что практически всё пространство, через которое проходит поток альфа-частиц, — это пустота. Где же тогда «спрятана» вся масса атома? Резерфорд предположил, что практически вся масса атома сосредоточена в очень маленьком объёме — ядре атома. Было очевидно, что ядро должно быть положительно заряжено. Когда альфа-частица пролетает достаточно близко от такого ядра, то из-за Кулоновских сил отталкивания происходит отклонение от первоначального направления движения частицы. А при столкновении с ядром частица отскакивает в обратном направлении. По расчётам Резерфорда, ядро атома должно было иметь размер примерно в \(3000\) раз меньший, чем атом. Остальное пространство атома должны занимать электроны.

Планетарная модель строения атома

Итак, стало понятно, что «пудинговая модель строения атома» неверна. На основе экспериментальных данных была предложена новая модель строения атома, которая получила название « планетарная модель строения атома ».

Обрати внимание!

Согласно модели Резерфорда, атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, размер которого в тысячи раз меньше самого атома, и электронов, которые вращаются вокруг ядра по круговым орбитам.

Метафорическое название данной модели обусловлено сравнением вращения электронов относительно ядра с обращением планет вокруг Солнца. Однако классическая электродинамика постулирует, что движущийся с ускорением заряд является источником «уносящих» энергию электромагнитных волн. Поэтому электроны должны были бы «растерять» энергию, что привело бы к нарушению наблюдаемого на опыте свойства устойчивости атомных систем без излучения электромагнитных волн. Данный факт отражает ограниченность применения законов классической физики к описанию микромира.

Тест по ядерной физике

1. С какой скоростью должен лететь протон, чтобы его масса равнялась массе покоя α-частицы mα =4 m_p? с — скорость света.

• 1. 0,97 с
• 2. 0,6 с
• 3. 0,8 с
• 4. 1,04 с

2. Укажите все верные утверждения. Чем больше номер стационарной боровской орбиты в атоме, тем…
1) больше кинетическая энергия электрона;
2) больше потенциальная энергия электрона;
3) больше заряд электрона;
4) больше полная энергия электрона;
5) больше скорость электрона.

• 1. 3 и 5
• 2. 1, 2 и 4
• 3. 2 и 3
• 4. 2 и 4

3. Сколько электронов содержится в электронной оболочке двухзарядного положительного иона гелия ?

4. Радиус первой боровской орбиты электрона в атоме водорода равен 0,5•10 -10 м, второй, третьей и четвертой соответственно в 4, 9 и 16 раз больше. На какой орбите скорость электрона наибольшая?

5. Каково соотношение между центростремительными ускорениями электрона a₁, a₂, a₃ на трех стационарных боровских орбитах атома водорода a₁ радиусы которых r₁

6. Радиус первой боровской орбиты электрона в атоме водорода равен 0,5•10 -10 м, второй, третьей и четвертой соответственно в 4, 9 и 16 раз больше. На какой орбите кинетическая энергия электрона наибольшая?

7. На рисунке представлена диаграмма энергетических уровней некоторого атома и несколько переходов между ними. Какой стрелкой указан переход с испусканием фотона наибольшей частоты?

8. Сколько электронов находится в электронной оболочке однозарядного положительного иона изотопа углерода ?

9. Чему равно число электронов в электронной оболочке атома изотопа кислорода ?

10. На рисунке представлена диаграмма энергетических уровней атома. Какой стрелкой обозначен переход с излучением фотона наибольшей частоты?

11. Из приведенных ниже утверждений укажите постулаты теории Бора.
1) в атомах есть избранные стационарные орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают свет;
2) в атомах есть избранные стационарные орбиты, двигаясь по которым электроны излучают свет;
3) атомы излучают свет квантами при переходе с одной стационарной орбиты на другую;
4) при излучении света электроны движутся по спирали, постепенно теряя энергию и приближаясь к ядру.

• 1. 1, 2 и 4
• 2. 1 и 3
• 3. 2 и 4
• 4. 1, 2 и 3

12. Какие утверждения относительно электрических свойств атома верны?
1) ядро атома заряжено положительно;
2) ядро атома заряжено отрицательно;
3) заряд электронной оболочки положителен;
4) заряд электронной оболочки отрицателен;
5) в ядре сосредоточен почти весь заряд атома;
6) в электронной оболочке сосредоточен почти весь заряд атома;
7) заряды ядра и электронной оболочки равны по величине и противоположны по знаку.

• 1. 2, 3 и 6
• 2. 2, 3 и 5
• 3. 1, 4 и 7
• 4. 2, 3 и 7

13. Какие из следующих утверждений не соответствуют модели атома Томпсона?
1) атом – положительно заряженный шар с равномерным распределением заряда по объему;
2) электроны распределены по поверхности положительно заряженного шара;
3) суммарный заряд электронов равен заряду шара;
4) атом – положительно заряженный шар, причем весь его положительный заряд распределен по поверхности шара;
5) электроны распределены по объему положительно заряженного шара.

• 1. 4 и 2
• 2. 4, 5, 3
• 3. 1, 2, 3
• 4. 1, 3, 5

14. Какая часть атома вносит основной вклад в рассеяние альфа-частиц в опытах Резерфорда?

• 1. атомное ядро
• 2. отдельные протоны
• 3. отдельные электроны
• 4. электронная оболочка в целом

15. Сравните число электронов (n₁ и n₂) в электронных оболочках изотопов азота и

16. На рисунке представлена диаграмма энергетических уровней некоторого атома. Какой стрелкой обозначен переход с излучением фотона наибольшей частоты?

17. Атом возбуждается со второго на 4-й энергетический уровень, как это показано на рисунке. Сколько всего линий можно наблюдать в спектре излучения этого атома?

18. На какую стационарную орбиту переходят электроны в атоме водорода при испускании видимого света?

19. На рисунке изображены условные электронные орбиты атома. На каких орбитах электроны имеют наибольшую и наименьшую скорость?

• 1. на 4-й наибольшую, на 1-й наименьшую
• 2. на 4-й наименьшую, на 1-й наибольшую
• 3. на 3-й наибольшую, на 2-й наименьшую
• 4. на всех орбитах имеют одинаковую скорость

20. Энергия ионизации атома кислорода равна 16,5 эВ. Найдите максимальную длину волны ионизирующего излучения (нм). h = 4,1•10 -15 эВ•с.

21. Какова энергия ионизации атома кислорода (эВ), если его ионизация начинается при частоте падающего света 3,4•10 15 Гц. h = 4,1•10 -15 эВ•с.

• 1. 11,3
• 2. 9,2
• 3. 13,9
• 4. 18,6

22. Энергия фотона, испускаемого атомом при переходе атома из состояния с энергией Е₁ в состояние с энергией Е₂ определяется выражением,…

23. Излучение лазера: 1) когерентно; 2) не когерентно; 3) монохроматично; 4) не монохроматично; 5) направленно; 6) изотропно.

• 1. 1, 4 и 5
• 2. 2, 4 и 6
• 3. 1, 3 и 5
• 4. 2, 3 и 6

24. Сколько всего нуклонов содержится в ядре атомов изотопа урана ?

• 1. 92
• 2. 235
• 3. 143
• 4. 327

25. Ядро урана испытывает последовательно один альфа-распад и два бета-распада. В какое ядро оно превращается?

26. Сколько нейтронов содержится в ядре атома изотопа лития ?

27. Сопоставьте величину ядерных сил, действующих внутри ядра между двумя протонами (F_pp), двумя нейтронами (F_nn), и между протоном и нейтроном (F_pn)

28. Какой частицей бомбардирован дейтерий в ядерной реакции 2 Н +? → 1 Н + 1 n?

• 1. нейтроном
• 2. гамма – квантом
• 3. электроном
• 4. протоном

29. Сколько энергии (Дж) выделят при аннигиляции 1 кг вещества и 1 кг антивещества. Скорость света с = 3•10 8 м/с.

• 1. 1,8•10 17
• 2. 3,6•10 17
• 3. 2•10 16
• 4. 2,5•10 16

30. В начале наблюдения было 8 млн. радиоактивных ядер. Через 30 суток остался 1 млн. Чему равен период полураспада (сут) данного радиоактивного изотопа?

31. Какое количество энергии (Дж) выделится при аннигиляции 2 г антивещества с 2 г вещества? Скорость света с = 3•10 8 м/с

• 1. 18•10 13
• 2. 19•10 13
• 3. 10 13
• 4. 9•10 13

32. При термоядерной реакции выделяется энергия 17,4 МэВ. Оцените энергию (МэВ), которая выделяется при синтезе 80 г гелия с использованием этой реакции? Число Авогадро — 6,02•10 23 моль -1

• 1. 2,2•10 23
• 2. 1,8•10 25
• 3. 21•10 25
• 4. 2,2•10 25

33. Какова средняя плотность нейтрона (кг/м 3 ), если его масса равна 1,6•10 -27 кг, а радиус 10 -15 м?

• 1. 6,4•10 17
• 2. 1,6•10 17
• 3. 4•10 17
• 4. 8•10 18

34. Что происходит с ядром в процессе альфа-распада?

• 1. массовое число ядра уменьшается на 4 а.е.м., атомный номер элемента уменьшается на 2
• 2. массовое число не меняется, атомный номер элемента увеличивается на 1
• 3. массовое число и атомный номер элемента не меняются
• 4. массовое число увеличивается на 1, атомный номер элемента не меняется

35. Ядро какого изотопа образуется в результате ядерной реакции: ?

36. В какое атомное ядро превращается ядро азота , поглощая нейтрон в ядерной реакции ?

37. В результате облучения нейтронами изотопа серы из облучаемого образца вылетают протоны . Во что превращается сера в результате данной ядерной реакции?

38. Что такое ядерный реактор? Это устройство, в котором…

• 1. ядерная энергия превращается непосредственно в электрическую
• 2. осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер
• 3. происходит управляемый синтез легких ядер
• 4. происходит управляемый α-распад ядер

39. Какая работа А (Дж) совершается при изобарном нагревании инертного газа аргона (μ=40 г/моль) массой m=200 г на ΔТ =8 К? R=8,3 Дж/(моль•К).

• 1. 398
• 2. 332
• 3. 299
• 4. 349

40. Какие из перечисленных ниже веществ обычно используются в ядерных реакторах в качестве ядерного горючего? 1) уран; 2) графит; 3) кадмий; 4) тяжелая вода; 5) бор; 6) плутоний.

• 1. 4 и 5
• 2. 2 и 3
• 3. 1
• 4. 1 и 6

41. В каком из перечисленных ниже приборов для регистрации ядерных излучений прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление импульса электрического тока в газе?

• 1. в камере Вильсона
• 2. в счетчике Гейгера
• 3. в пузырьковой камере
• 4. в толстослойной фотоэмульсии

42. Из каких частиц состоят атомные ядра? Из…

• 1. нейтронов и электронов
• 2. только из нейтронов
• 3. протонов и нейтронов
• 4. протонов и электронов

43. Какие из следующих утверждений верны? Средний период полураспада:
1) увеличивается с увеличением массы радиоактивного образца;
2) уменьшается со временем;
3) не зависит ни от каких химических превращений данного образца;
4) зависит от химических превращений радиоактивного образца.

44. Число нейтронов в ядре атома тория равно …?

• 1. 90
• 2. 255
• 3. 144
• 4. 324

45. Принимая энергию покоя электрона равной 0,5 МэВ, а его массу – 9•10 -31 кг, определите массу электрона (кг) при его кинетической энергии 1 МэВ.

• 1. 3,6•10 -30
• 2. 18•10 -31
• 3. 9•10 -31
• 4. 2,7•10 -30

46. Из приведенных ниже значений укажите минимальное значение кинетической энергии (МэВ), при котором электрон станет тяжелее протона Энергия покоя электрона 0,511 МэВ, а масса покоя протона m_p=1836m_e.

• 1. 900
• 2. 1500
• 3. 500
• 4. 1100

47. Сколько электронов находится в электронной оболочке двухзарядного положительного иона дейтерия?

• 1. такого иона не может быть
• 2. 1
• 3. 2
• 4. 0

48. Сколько электронов находится в электронной оболочке однозарядного положительного иона изотопа углерода ?

49. Сколько электронов содержится в электронной оболочке двухзарядного положительного иона трития ?

• 1. такого иона не бывает
• 2. 2
• 3. 0
• 4. 1

50. Сколько электронов находится в электронной оболочке однозарядного отрицательного иона хлора? В ядре хлора содержится 17 протонов.

• 1. такого иона не может быть
• 2. 16
• 3. 18
• 4. 17

Gee Test

Система подготовки к тестам и средство для проверки своих знаний. Инструмент для тестирования студентов и школьников.

Ядерные превращения

Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.

Данный тест содержит 10 вопросов, за каждый вопрос 5 баллов. Критерии оценивания: -«5»-90-100 % -«4»-70-80% -«3»-50-60%

Список вопросов теста

Вопрос 1

При α-распаде массовое число ядра

Варианты ответов

• уменьшается на 2 единицы
• уменьшается на 4 единицы
• увеличивается на 2 единицы
• увеличивается на 4 единицы

Вопрос 2

При α-распаде зарядовое число ядер

Варианты ответов

• уменьшается на 2 единицы
• уменьшается на 4 единицы
• увеличивается на 2 единицы
• увеличивается на 4 единицы

Вопрос 3

При бомбардировке изотопа лития ₃Li 7 ядрами дейтерия образуется:
₃Li 7 + ₁H 2 → ₄Be 8 + ? .
Какая при этом испускается частица?

Варианты ответов

• α-частица
• электрон
• протон
• нейтрон

Вопрос 4

Какая бомбардирующая частица X участвует в ядерной реакции
X + ₅В 11 → ₇N 14 + ₀n 1 ?

Варианты ответов

• α-частица
• дейтерий
• протон
• электрон

Вопрос 5

Произошла следующая ядерная реакция
₅В 10 + ₂Не 4 → ₀n 1 + _ZN A .
Зарядовое (Z) и массовое (A) числа ядра азота равны

Варианты ответов

• Z = 8; A = 6
• Z = 3; A = 6
• Z = 7; A = 4
• Z = 7; A = 13

Вопрос 6

Произошла следующая ядерная реакция
₈O 18 + ₁H 1 → ₀n 1 + _ZF A .
Зарядовое (Z) и массовое (A) числа ядра фтора равны

Варианты ответов

• Z = 9; A = 18
• Z = 16; A = 32
• Z = 14; A = 30
• Z = 4; A = 9

Вопрос 7

Сколько электронов содержится в электронной оболочке двухзарядного положительного иона гелия?

Варианты ответов

Вопрос 8

Какая часть атома вносит основной вклад в рассеяние альфа-частиц в опытах Резерфорда?

Варианты ответов

• электронная оболочка в целом
• отдельные электроны
• атомное ядро

Вопрос 9

Кто открыл явление радиоактивности?

Варианты ответов

• М.Кюри
• Н. Бор
• Э. Резерфорд
• А.Беккерель

Вопрос 10

Что такое β- излучение?

Варианты ответов

• поток положительных ионов водорода
• поток быстрых электронов
• поток быстрых двух зарядных ионов гелия

Тест: «Ядерные реакции»

1. Произошла следующая ядерная реакция
₃Li 7 + ₁H 2 → ₀ n 1 + _ZВе A .
Зарядовое и массовое числа бериллия равны.

2. Чему приблизительно равна критическая масса урана ₉₂ 235 U?

1. 9 кг
2. 20 кг
3. 50 кг

3. Беспрепятственно проникать в атомные ядра и вызывать из превращения могут…

4. В 1946 г. в Советском Союзе был построен первый ядерный реактор. Кто был руководителем этого проекта?

1. С. Королев
2. И. Курчатов
3. Д. Сахаров

5. Какие преобразования энергии происходят в ядерном реакторе?

1. Внутренняя энергия атомных ядер превращается в све­товую энергию
2. Внутренняя энергия атомных ядер превращается в меха­ническую энергию
3. Внутренняя энергия атомных ядер превращается в элек­трическую энергию

6. Какие частицы вызывают деление ядер урана ₉₂ 235 U?

1.Нейтроны
2. Электроны
3. α-частицы

7. Произошла следующая ядерная реакция
₁₃ Al 27 + ₂He 4 → ₁H 1 + _ZSi A .
Зарядовое и массовое числа ядра кремния равны…

8. Сколько электронов содержится в электронной оболочке двухзарядного положительного иона гелия?

9. Какая часть атома вносит основной вклад в рассеяние альфа-частиц в опытах Резерфорда?

1. электронная оболочка в целом

10. Сколько всего нуклонов содержится в ядре атомов изотопа урана?