Если в опыте Резерфорда взять фольгу толщиной, в 2 раза большей, то будет ли изменяться число рассеянных α−частиц под каким−либо определённым углом? Почему?

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к основам опыта Резерфорда и физическим принципам, связанным с рассеянием α−частиц.

В опыте Резерфорда α−частицы (ядра гелия, имеющие положительный заряд) направляются на тонкую металлическую фольгу. Основная цель эксперимента — изучение взаимодействия α−частиц с атомами вещества, из которого состоит фольга. В ходе этого эксперимента было выявлено, что большая часть α−частиц проходит через фольгу без отклонений, небольшая часть отклоняется на малые углы, а очень малая доля частиц рассеивается на большие углы или даже возвращается обратно. Эти наблюдения привели к созданию планетарной модели атома, где положительный заряд и практически вся масса атома сосредоточены в его ядре.

Физические основы рассеяния α−частиц

1. Электростатическое взаимодействие:
   Рассеяние α−частиц на ядрах атомов обусловлено кулоновскими силами отталкивания между положительно заряженными частицами. Эти силы действуют между заряженными ядрами атомов в фольге и α−частицами.

2. Число рассеянных частиц:
   Количество α−частиц, рассеянных под определённым углом, зависит от вероятности взаимодействия частицы с атомами фольги. Эта вероятность связана с плотностью атомов в материале (то есть количеством атомов на единицу площади) и с толщиной фольги. Чем больше частиц взаимодействует с атомами, тем большее рассеяние наблюдается.

3. Вероятность отклонения:
   Рассеяние α−частиц описывается законом Резерфорда, согласно которому вероятность отклонения частиц на определённый угол обратно пропорциональна четвёртой степени синуса половины этого угла. Таким образом, рассеяние на большие углы встречается значительно реже, чем на малые углы.

4. Зависимость от толщины фольги:
   Если толщина фольги увеличивается, то α−частицам приходится проходить через большее число атомов. Это увеличивает вероятность взаимодействия, а следовательно, и вероятность рассеяния на любые углы. Количество частиц, рассеянных на конкретный угол, будет прямо пропорционально толщине слоя фольги.

Теоретическое объяснение зависимости от изменения толщины

• Если толщина фольги увеличивается в 2 раза, то количество атомов, с которыми могут столкнуться α−частицы, также увеличивается в 2 раза. Это значит, что общее число рассеянных α−частиц на каждый угол тоже возрастёт в 2 раза.
• Рассеяние происходит на центрально−симметричной модели, поэтому взаимодействия α−частиц с ядрами атомов будут одинаковы относительно угла. Таким образом, статистическое увеличение числа рассеянных частиц пропорционально увеличению количества взаимодействий, что связано с увеличением толщины фольги.

Итог

Если толщина фольги увеличивается в 2 раза, то число рассеянных α−частиц под любым определённым углом также увеличится в 2 раза. Это происходит из−за увеличения числа атомов, с которыми α−частицы могут взаимодействовать, и, соответственно, увеличения вероятности рассеяния.