2_Резерфорд тәжірибесі. Резерфорд формуласының қорытылуы (1)

1.

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық
университеті
РЕЗЕРФОРД ТӘЖІРИБЕСІ. РЕЗЕРФОРД
ФОРМУЛАСЫНЫҢ ҚОРЫТЫЛУЫ
Ядролық физика пәні

2.

Studio Shodwe
Project.
Резерфорд тәжірибесі
туралы

3.

Резерфорд тәжірибесі
Мұндағы α - бөлшек, K – радиоактивті заты бар қорғасын контейнері,
экран, Ф – алтын фольга, M – микроскоп
Э–

4.

Негізгі мақсат:
• Біртекті таралуды дәлелдеу. Біртекті бөлшек келсе, іші біртекті таралады.
Studio Shodwe
Project.
• Экранға келген нұр (вспышка) шығады, ол қанша келген, қалай түседі? Ол
шеттерінде қара дақ пайда болады, ол деген бөлшектің түсуі. Оның себебін
Резерфорд тәжірибесінің қатесі деп көрген. Содан ол тәжірибені қайта қайталаған,
бәрі бір шетінде бөлшектің ізі қалып отырған, ал негізгі шоғыр ортасында болған.
Осы зерттеулерін қорытындылай келе, Резерфорд келесі тұжырымға келді:
1.Оң зарядты бөлшек;
2.Бізге белгілі химиялық элементтердің атомдары нейтрал күйде болады;
3. Атом ішінде оң зарядталған, өлшемі кіші, массасы ауыр дене бар.

5.

Studio Shodwe
Project.
Егер он электрон болса, онда атомда он оң заряд болуы керек.
Сонда ұшып келе жатқан бөлшек оң болғандықтан, ол электроннан тебілмейді,
бұл бөлшек тек оң зарядтан тебілуі мүмкін. Ол тебіліп, бағытын өзгертуі үшін:
оң зарядты, массасы бөлшектің массасынан көп есе үлкен болуы керек.
Шашырған бөлшектің саны аз болғандықтан, атом ішінде оң зарядты үлкен
массалы дененің сызықтық мөлшері өте кішкене болуы керек немесе ұшып
келген бөлшектің бәрі бірдей онымен соқтығыспайды.

6.

Project.
• Мысалы: 20 метр жерде тұрып, нысанаға зат лақтырдық делік, ал нысана кішкентай
шарик болсын, онда барлығы бірдей тимейді, ал егер нысана үлкен болса, онда
барлығы тиеді.
Studio Shodwe
• Осы тәжірибенің нәтижесін дәлелдеу үшін Резерфорд өзінің идеясын шығарды. Солай
атомның жаңа моделі шықты. Ол келесідей тұжырымдалды: ортасындағы массасы
үлкен, заряды оң денені – атом ядросы деп атайды. Ол ертедегі Грек құдайының аты
еді. Осыдан бастап алғаш «ядро» деген түсінік пайда болды.

7.

Studio Shodwe
Project.
Резерфорд моделі
Параллель α - бөлшектің ағынының алтын
фольгаға
түскенін
қарастырайық.
Онда
алтынның атомы бар. Осы атом құрылымын
Резерфордтың болжамымен қарастырамыз
немесе алтын атомының ортасында оң зарядты
алтын атомының массасына жуықтап тең
массалы, өте кішкене өлшемді дене бар деп
есептеді. Осы денеге келіп түскен α-бөлшектің
әрекеттесуін қарастырамыз. Ұшып келе жатқан
α-бөлшекті А деп белгілейік. Оған параллель
жүріп, N – басып өтетін арақашықтықты в деп
белгілейік. Сонда в қашықтықты нысана
параметрі деп атайды.

8.

α - бөлшек оң зарядты болғандықтан, N – деген дене арасындағы жақындаған сайын тербеліс
болады. Сонда оң жақындаған нүктесін С - деп белгілейік. N және α-бөлшектері арасындағы тебілу
күші болғандықтан, α-бөлшек өзінің бағытынан ауытқиды. α-бөлшектің алғашқы бағыты және
ауытқығаннан кейінгі бағытының арасындағы бұрышты θ - деп белгілейік, оны шашырау бұрышы
деп атаймыз.
Studio Shodwe
Project.
Егер в – үлкен болса, онда ауытқу аз болады. Содықтан в және θ бір-біріне тәуелді
функция болады. Егер в=0 болса, онда ұшып келе жатқан бөлшек N-ге тура
соғылады. N-нің массасы үлкен болғандықтан, α-бөлшек қабырғаға соғылған доп
сияқты кері қайтады. Егер в кішкене көбейсе, соғылып қайтқан бөлшектің шашырау
бұрышы азайтып отырады. Жалпы α-бөлшек тура соғылған кезде, θ - шашырау
бұрышы π-ге тең, ал в өскен сайын, θ - бұрыш азайып отырады. Сондықтан αбөлшек N нысана-ядроға соғылып кері θ-бұрышпен қайтып отырады. Сонда біз
фольгаға
┴ тиген бөлшектерді қарастырдық.

9.

Алтын қоспасы біртекті атом болғандықтан, тәжірибедегі шашырауды бақылау
ыңғайлы болды. Резерфорд параллель ұшып келе жатқан бөлшектердің фольгаға
түскенін ғана қарастырған. Бұдан алынатын қорытынды в-ның θ- бұрышқа тәуелді
функция екендігі шығып отыр. Енді осы тәуелділікті анықтаймыз.
N-бөлшектің зарядын - деп белгілейік.
α- бөлшектің заряды - ге тең.
Екі бөлшектің арасындағы тебілуі күші - Кулон күшіне тең.
(1)

10.

Егер күш белгілі болса, ол кезде N дененің - зарядының, электр өрісінің потенциалын анықтауға
болады.
(2)
Ұшып келе жатқан α - бөлшектің кинетикалық энергиясы:
Бұл Резерфорд алған мән. Егер в=0 болса, онда бөлшектің ең жақындаған ара қашықтығын Dдеп белгілейміз. D-қашықтықта ұшып келе жатқан бөлшектің кинетикалық энергиясы тебу
күшінің потенциалдық энергиясына тең.

11.

Егер ұшып келе жатқан бөлшектің кинетикалық энергиясы неғұрлым үлкен болса,
онда D - қашықтық солғұрлым аз немесе бөлшек ядроға солғұрлым жақын болады
(3)
Егер N мен А арақашықтығы үлкен болса, онда Кулон күші әсер етпейді.
Кулон күші әсер ететін қашықтықты біз r-деп белгілейік, онда ең жақындаған
нүктесін С-де, Кулондық өріс біртекті болады. Сондықтан АСВ қисығы гипербола
болады. Ал NС алғашқы ұшып келген бағытқа және ұшып шыққан бағыттың
бұрышына тең. Шашырау бұрышын табу үшін π - бұрыштан θ - бұрышын алу
керек.

12.

Сонда
тең.
α- бөлшек С нүктесінде тұрсын деп қарастырайық.
Соңында
(4)
Егер
болса, онда
(тура соғылу процесі шарты қанағаттандырылады).

13.

Импульс өзгерісі
Бұл жерде импульс өзінің бағытын өзгертіп, шамасын өзгертпеген

14.

15.

Импульстің толық өзгерісін табу үшін, әрбір нүктедегі импульс өзгерісін қосу
керек.
(8)
(8) – радиус вектордың бағытымен алсақ
(9)

16.

Импульс моментінің сақталу заңдылығын жазайық

17.

18.

бөлшектің шашырау заңы немесе
Резерфорд формуласы

19.

20.

Осы анықтама бойынша бірлік ауданда шашыраған бөлшектің саны:
(18)
(19
)
(20)