Влияет ли масса атомных ядер «мишени» − фольги в опыте Резерфорда на угол отклонения α−частиц? Почему?

Чтобы ответить на вопрос, влияет ли масса атомных ядер "мишени" (фольги) в опыте Резерфорда на угол отклонения α−частиц, необходимо рассмотреть физические процессы, происходящие при взаимодействии α−частиц с ядрами атомов фольги, и понять, как масса атомных ядер участвует в этом взаимодействии.

Опыт Резерфорда был направлен на изучение структуры атома. В этом эксперименте α−частицы (ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов) направлялись на тонкую металлическую фольгу. В результате наблюдалось, что большинство α−частиц проходили через фольгу практически без отклонений, но некоторые отклонялись под большими углами, а небольшая часть даже отражалась обратно. На основе анализа полученных данных Резерфорд сделал вывод о существовании атомного ядра — чрезвычайно маленького по размеру, но очень плотного положительно заряженного центра атома.

При рассмотрении взаимодействия α−частиц с ядрами атомов фольги важно учитывать следующие аспекты:

1. Электростатическое взаимодействие: Между положительно заряженными α−частицами и положительно заряженными атомными ядрами действует сила Кулона (электростатическая сила отталкивания). Эта сила зависит от зарядов взаимодействующих частиц и расстояния между ними. При сближении α−частицы и ядра атома сила возрастает, что приводит к изменению траектории движения α−частицы.

Закон Кулона описывается формулой:
$ F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} $,
где $ F $ — сила электростатического взаимодействия, $ k $ — электрическая постоянная, $ q_1 $ и $ q_2 $ — заряды взаимодействующих частиц, $ r $ — расстояние между частицами.

Угол отклонения α−частицы зависит от величины заряда ядра атома, а не от его массы.

1. Энергия взаимодействия:
   Для того чтобы α−частица отклонилась под значительным углом, она должна подойти достаточно близко к ядру атома. Это возможно только если её кинетическая энергия позволяет преодолеть электростатическое отталкивание. Таким образом, энергия α−частиц определяет расстояние их максимального сближения с ядром, что также влияет на угол отклонения. Однако масса атомного ядра фольги в данном случае не играет роли.

2. Масса ядра и его движение:
   При взаимодействии α−частицы с ядром атома фольги происходит упругий удар. Согласно закону сохранения импульса, часть импульса α−частицы передаётся ядру. Однако масса ядра значительно больше массы α−частицы (ядро гелия), поэтому ядро будет смещаться лишь на незначительную величину. Следовательно, движение ядра практически не влияет на угол отклонения α−частицы.

3. Факторы, определяющие угол отклонения:
   Угол отклонения α−частиц в опыте Резерфорда определяется следующими факторами:

   • зарядом ядра атома (так как электростатическая сила пропорциональна заряду);
   • начальной кинетической энергией α−частицы;
   • расстоянием наибольшего сближения между α−частицей и ядром.

Масса атомного ядра, как уже отмечено, практически не влияет на угол отклонения, поскольку взаимодействие между α−частицей и ядром в данном случае происходит в основном за счёт электростатических сил, а не инерционных эффектов.

Итак, ответ на поставленный вопрос заключается в том, что масса атомных ядер "мишени" — фольги, практически не влияет на угол отклонения α−частиц, потому что ключевым фактором здесь является электростатическое взаимодействие, которое зависит от заряда ядра, а не от его массы.