Wirtualne laboratorium/Fizyka/Fizyka jądrowa/Rozpraszanie Rutherforda — odkrycie jądra
Nobel 1908 — Rutherford

Rozpraszanie Rutherforda — odkrycie jądra

Rozszerzenie tematu budowy atomu. Cząstki α bombardują folię złota: większość przelatuje prawie prosto, ale nieliczne odbijają się pod dużym kątem. To dowód, że dodatni ładunek i masa atomu skupione są w małym, gęstym jądrze (odkrycie Rutherforda, Nobel 1908).

Rozpraszanie Rutherforda — odkrycie jądra
Fizyka · Fizyka jądrowa · Rozpraszanie Rutherforda (FIZ.JADR.PP.02)
Parametr zderzenia bb (odległość toru od jądra)60 j.u.
Rzadkie odbicia cząstek α pod dużym kątem dowodzą, że atom ma:
parametr b
60 j.u.
kąt θ
67°
zbliżenie
2.80× a
efekt
rozproszenie
🎯 Wyzwanie: trafuj kąt rozproszenia
seria: 0

Dam Ci docelowy kąt odbicia θ — dobierz parametr zderzenia b, by cząstka α rozproszyła się pod tym kątem.

Co się właśnie stało?

Zmniejszyłeś parametr zderzenia — cząstka α przeleciała bliżej jądra, więc odpychanie kulombowskie było silniejsze i kąt rozproszenia gwałtownie wzrósł, aż do odbicia niemal do tyłu.

Warunek Rutherforda:

tan⁡ ⁣(θ2)=ab\tan\!\left(\tfrac{\theta}{2}\right) = \dfrac{a}{b}

— kąt rozproszenia θ\theta rośnie, gdy parametr zderzenia bb maleje. aa to skala zbliżenia zależna od ładunków jądra i cząstki oraz jej energii; bb — prostopadła odległość toru od jądra.

Co to znaczy w praktyce?

Większość cząstek ma duże bb i przelatuje prawie prosto (mały kąt). Tylko nieliczne, trafiające niemal centralnie, odbijają się pod dużym kątem — bo napotykają skupiony, dodatni ładunek jądra:

b→0  ⇒  θ→180∘b \to 0 \;\Rightarrow\; \theta \to 180^\circ

Dlaczego to obaliło model „ciasta z rodzynkami"?

Gdyby masa i ładunek były rozmyte po całym atomie, siły uśredniałyby się i wszystkie cząstki przelatywałyby prawie prosto. Odbicia do tyłu są możliwe tylko wtedy, gdy dodatni ładunek i masa są skupione w małym, gęstym jądrze.

Po co Ci to na maturze:

Doświadczenie Rutherforda to klasyk zadań opisowych: umiej powiązać rzadkie odbicia pod dużym kątem z istnieniem małego, masywnego, dodatniego jądra i zależnością θ\theta od bb. Chwyt: mały bb ⇒ duży kąt.

Zapamiętaj: kąt rozproszenia rośnie, gdy parametr zderzenia b maleje (bliżej jądra silniejsze odpychanie); cała masa i dodatni ładunek są skupione w małym, gęstym jądrze.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Istota doświadczenia

Cząstki α\alpha bombardują cienką folię złota. Większość przelatuje prawie prosto, ale nieliczne odbijają się pod dużym kątem — co dowodzi, że dodatni ładunek i niemal cała masa atomu skupione są w maleńkim, gęstym jądrze.

Oddziaływanie z jądrem

Dodatnią cząstkę α\alpha odpycha od dodatniego jądra siła Coulomba: F=k qα qjr2F = k\,\dfrac{q_\alpha\,q_j}{r^2} Im mniejszy parametr zderzenia (bliżej jądra), tym większy kąt odbicia.

Wniosek modelowy

Wynik obalił model „ciasta z rodzynkami” Thomsona (równomierny ładunek) i wprowadził jądrowy model atomu.

Oznaczenia: FF — siła odpychania, k≈9⋅109 N m2/C2k \approx 9\cdot10^9\ \mathrm{N\,m^2/C^2} — stała elektrostatyczna, qα, qjq_\alpha,\ q_j — ładunki cząstki i jądra, rr — odległość od jądra.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co odkryło rozpraszanie Rutherforda?

Istnienie małego, masywnego, dodatniego jądra atomowego.

›

Czemu tylko nieliczne cząstki się odbijają?

Bo jądro jest maleńkie — odbijają się tylko cząstki o bardzo małym parametrze zderzenia.

›

Jaki model atomu to obaliło?

Model „ciasta z rodzynkami" Thomsona z równomiernie rozłożonym ładunkiem.

Teoria (klasa): FIZ.4.1.1 → Lekcja maturalna: FIZ.M.7.1 →

Powiązane eksperymenty

Model atomu — poziomy energetyczne i widmo →Doświadczenie Francka-Hertza — skwantowane poziomy →Odkrycie neutronu — izotopy tego samego pierwiastka →