Что нужно знать
Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него. В состав ядра входят протоны с положительным зарядом и нейтроны, не имеющие электрического заряда. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, а размеры ядра значительно меньше размеров атома. В 1911 году Эрнест Резерфорд предложил ядерную модель атома на основании опыта по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге. Большинство альфа-частиц проходило сквозь фольгу почти без отклонения, некоторые отклонялись на большие углы, а очень небольшое количество отражалось назад. Это показало, что атом преимущественно состоит из пустого пространства, а его положительный заряд и почти вся масса сосредоточены в очень маленьком ядре. Заряд ядра определяется числом протонов: q = +Ze, где Z — число протонов (безразмерная величина), e = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл — элементарный заряд. Например, при прохождении альфа-частиц через тонкую металлическую фольгу большинство из них движется практически прямо, но некоторые меняют направление из-за взаимодействия с ядрами атомов. Типичная ошибка учеников — считать, что электроны и положительный заряд равномерно распределены по всему объёму атома, хотя опыт Резерфорда доказал существование компактного положительно заряженного ядра.
Тест: 11 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Какие частицы входят в состав атомного ядра?
- Протоны и электроны
- Только протоны
- Электроны и нейтроны
- Протоны и нейтроны
Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Электроны находятся вне ядра.
2. Какой электрический заряд имеет протон?
- Положительный, равный +1,6 · 10⁻¹⁹ Кл
- Отрицательный, равный −1,6 · 10⁻¹⁹ Кл
- Нулевой, равный 0 Кл
- Положительный, равный +3,2 · 10⁻¹⁹ Кл
Протон имеет положительный элементарный заряд e = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл. Заряд электрона равен −e, а нейтрон не имеет электрического заряда.
3. Какова основная цель опыта Резерфорда по рассеянию альфа-частиц?
- Определить температуру атомного ядра
- Исследовать внутреннее строение атома
- Измерить массу отдельного электрона
- Измерить скорость движения электронов
Резерфорд исследовал рассеяние альфа-частиц при прохождении через тонкую металлическую фольгу, чтобы выяснить, как распределены заряд и масса внутри атома.
4. Почему большинство альфа-частиц проходило через золотую фольгу практически без отклонения?
- Потому что ядро атома имеет отрицательный заряд
- Потому что альфа-частицы не имеют электрического заряда
- Потому что большая часть объёма атома представляет собой пустое пространство
- Потому что электроны сосредоточены в ядре атома
Размеры ядра намного меньше размеров атома, поэтому вероятность близкого столкновения альфа-частицы с ядром невелика. Большинство частиц проходит через фольгу почти без отклонения.
5. Какой вывод сделал Резерфорд на основании того, что некоторые альфа-частицы отклонялись на большие углы?
- Атомное ядро имеет отрицательный электрический заряд
- Весь объём атома заполнен плотным веществом
- Положительный заряд равномерно распределён по всему атому
- В атоме существует маленькое положительно заряженное ядро
Альфа-частицы имеют положительный заряд и сильно отталкиваются при сближении с положительно заряженным ядром. Поэтому некоторые частицы изменяют направление движения на большие углы.
6. Какая частица используется в опыте Резерфорда и имеет положительный заряд, равный двум элементарным зарядам?
- Альфа-частица
- Нейтрон
- Бета-частица
- Электрон
Альфа-частица представляет собой ядро атома гелия и имеет заряд +2e. Она состоит из двух протонов и двух нейтронов.
7. Чему равен заряд ядра атома, содержащего 6 протонов?
- −9,6 · 10⁻¹⁹ Кл
- +9,6 · 10⁻¹⁹ Кл
- +1,6 · 10⁻¹⁹ Кл
- +6,0 · 10⁻¹⁹ Кл
Используем формулу q = Ze. Подставляем: q = 6 · 1,6 · 10⁻¹⁹ = +9,6 · 10⁻¹⁹ Кл.
8. Ядро атома содержит 8 протонов и 8 нейтронов. Какое массовое число имеет этот атом?
Массовое число равно сумме числа протонов и нейтронов: A = Z + N = 8 + 8 = 16.
9. Почему очень небольшое количество альфа-частиц в опыте Резерфорда отражалось назад?
- Потому что ядра атомов имели отрицательный заряд
- Потому что альфа-частицы теряли весь свой заряд при прохождении через фольгу
- Потому что электроны полностью поглощали альфа-частицы
- Потому что некоторые частицы приближались к ядру на очень малое расстояние и сильно отталкивались
Альфа-частицы и атомные ядра имеют положительные заряды. При очень близком сближении электрическое отталкивание может изменить направление движения частицы почти на противоположное.
11. В атоме находится 13 протонов и 14 нейтронов. Сколько электронов содержит этот атом, если он электрически нейтрален?
В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов. Поэтому атом с 13 протонами содержит 13 электронов.
12. Как изменится направление движения положительно заряженной альфа-частицы при сближении с положительно заряженным ядром атома?
- Альфа-частица обязательно остановится и останется в ядре
- Альфа-частица будет отклоняться от ядра вследствие электрического отталкивания
- Альфа-частица будет притягиваться к ядру
- Направление движения альфа-частицы не изменится при любом расстоянии до ядра
Одноимённые электрические заряды отталкиваются. Поэтому положительно заряженная альфа-частица при сближении с положительным ядром изменяет направление движения.