Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома

1. Радиоактивностью называют явление самопроизвольного излучения некоторых химических элементов, а вид этого излучения называют радиоактивным излучением. Первым радиоактивное излучение обнаружил Анри Беккерель, который, проводя эксперименты с солями урана, по почернению фотопластинки установил, что они самопроизвольно испускают невидимое излучение сильной проникающей способности. В дальнейшем было обнаружено, что не только уран, но и такие элементы, как радий и полоний, тоже испускают невидимое излучение.

Радиоактивность, которой обладают вещества, существующие в природе, называют естественной радиоактивностью. Она проявляется у всех элементов таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер которых больше 83. В дальнейшем было установлено, что и некоторые искусственно полученные вещества радиоактивны.

2. Резерфорд, изучая радиоактивное излучение, обнаружил его сложный состав. Он поместил радиоактивный препарат в свинцовый сосуд с отверстием (рис. 106). Над сосудом расположил фотопластинку, на которую падало радиоактивное излучение, выходившее через отверстие и прошедшее через магнитное поле.

Когда фотопластинку проявили, то на ней обнаружили три тёмных пятна. Одно пятно располагалось точно напротив отверстия. Это значит, что магнитное поле на него не действовало и заряженных частиц в этом излучении нет. Его назвали гамма-излучением (\( \gamma \)-излучение). Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение или поток фотонов.

Наличие двух боковых пятен по разную сторону от центрального означает, что существуют два излучения, состоящие из частиц, имеющих заряды противоположных знаков. Эксперимент показывает, что одно из них представляет собой поток положительно заряженных частиц. Их назвали \( \alpha \)-частицами. Другое излучение состоит из отрицательно заряженных частиц. Их назвали \( \beta \)-частицами.

Изучение этих излучений позволило сделать вывод, что \( \alpha \)-частицы — это ядра атома гелия. Их массовое число — 4, а зарядовое число (электрический заряд) — +2, т.е. \( ^4_2He \). \( \beta \)-частицы представляют собой электроны. Их массовое число равно 0, а зарядовое число равно -1, т.е. \( _{-1}^0e \).

Альфа-, бета- и гамма-излучения обладают разной проникающей способностью. Наибольшей проникающей способностью обладает \( \gamma \)-излучение, проникающая способность \( \beta \)-излучения меньше, она ещё меньше у \( \alpha \)-излучения.

3. Первую модель строения атома предложил Джозеф Джон Томсон, после того как он открыл электрон — частицу с наименьшим электрическим зарядом. Он представлял атом в виде шара из положительно заряженного вещества, в который вкраплены электроны. При этом положительный заряд шара равен суммарному заряду электронов. Модель атома Томсона называют «пудингом с изюмом». Используя эту модель, можно было объяснить электрическую проводимость веществ, явление электризации тел и др.

Проводя опыты по изучению строения вещества, Резерфорд показал несостоятельность модели Томсона. Резерфорд облучал тонкую металлическую фольгу \( \alpha \)-частицами, имеющими большую энергию. В соответствии с моделью Томсона а-частицы должны были отражаться от атома. Однако очень небольшое число частиц рассеивалось на углы от 90° до 180°. Большинство частиц проходило через фольгу, отклоняясь от направления движения на незначительные углы.

В результате экспериментов Резерфорд предложил новую модель строения атома, названную планетарной моделью. Он сделал следующие выводы:

в атоме существует положительно заряженная частица, названная ядром атома, которая отталкивает \( \alpha \)-частицы;
размеры ядра малы по сравнению с размерами атома, поскольку отталкивается очень небольшое число \( \alpha \)-частиц, а большинство \( \beta \)-частиц свободно проходит через фольгу; ядро имеет диаметр порядка 10^-14—10^-15 м.
масса ядра сравнима с массой \( \beta \)-частицы, поскольку масса электронов в 8000 раз меньше массы \( \alpha \)-частицы и электроны не смогли бы изменить направление её движения.

Таким образом, в соответствии с моделью атома Резерфорда в центре атома расположено положительное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. Поскольку масса электронов мала, то масса атома в основном сосредоточена в ядре.

Так как атом в целом нейтрален, то положительный заряд ядра должен быть равен суммарному заряду электронов. Число электронов в нейтральном атоме равно порядковому номеру \( Z \) элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд атомного ядра \( q_я \) равен произведению \( Z \) и заряда электрона \( e \): \( q_я=Z\cdot e \).

Содержание

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
- Часть 1
Ответы

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Какой из типов радиоактивного излучения представляет собой поток положительно заряженных частиц?

1) \( \alpha \)-излучение
2) \( \beta \)-излучение
3) \( \gamma \)-излучение
4) поток нейтронов

2. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение. Что представляет собой гамма-излучение?

1) поток электронов
2) поток нейтронов
3) поток ядер атомов гелия
4) электромагнитное излучение

3. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение (поток альфа-частиц), бета-излучение (поток бета-частиц) и гамма-излучение. Каковы знак и модуль заряда бета-частиц?

1) отрицательный и равный элементарному заряду
2) положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3) положительный и равный по модулю элементарному заряду
4) альфа-частицы не имеют заряда

4. Радиоактивный препарат помещен в магнитное поле. В этом поле не отклоняются

A. \( \alpha \)-лучи
Б. \( \beta \)-лучи
B. \( \gamma \)-лучи

Правильный ответ

1) только А
2) только А и Б
3) только В
4) только А и В

5. Какое из трёх типов излучения — \( \alpha \), \( \beta \) или \( \gamma \) — обладает наименьшей проникающей способностью?

1) \( \alpha \)
2) \( \beta \)
3) \( \gamma \)
4) проникающая способность всех типов излучения одинакова

6. Какой вывод можно было сделать из результатов опытов Резерфорда?

1) атом представляет собой положительно заряженный шар, в который вкраплены электроны
2) ядро атома имеет такие же размеры, что и \( \alpha \)-частицы
3) атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны
4) атом излучает и поглощает энергию порциями

7. Почему в опыте Резерфорда большая часть \( \alpha \)-частиц практически не отклоняется от прямолинейной траектории?

1) ядро атома имеет малые но сравнению с \( \alpha \)-частицей размеры
2) ядро атома имеет положительный заряд
3) ядро атома имеет малые по сравнению с атомом размеры
4) ядро атома притягивает \( \alpha \)-частицы

8. Суммарный заряд электронов в нейтральном атоме:

1) отрицательный и равен по модулю заряду ядра
2) положительный и равен по модулю заряду ядра
3) может быть положительным или отрицательным, но равным по модулю заряду ядра
4) отрицательный и всегда больше по модулю заряда ядра

9. Число электронов в нейтральном атоме равно

1) числу нейтронов в ядре
2) числу протонов в ядре
3) суммарному числу нейтронов и протонов
4) разности между числом протонов и нейтронов

10. Атом становится отрицательно заряженным ионом, если

1) он потеряет электроны
2) к нему присоединятся электроны
3) он потеряет протоны
4) к нему присоединятся протоны

11. Установите соответствие между видом излучения (в левом столбце таблицы) и его характеристикой (в правом столбце таблицы). В таблице под номером вида излучения левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ВЕЛИЧИНА
A. Альфа-излучение
Б. Бета-излучение
B. Гамма-излучение

ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Отрицательный заряд, равный двум элементарным зарядам
2. Отрицательный заряд, равный элементарному заряду
3. Положительный заряд, равный по модулю двум элементарным зарядам
4. Положительный заряд, равный по модулю элементарному заряду
5. Отсутствие заряда

12. Из приведённых ниже высказываний выберите 2 правильных и запишите их номера в таблицу.

1) магнитное поле не действует на гамма-излучение
2) магнитное поле сильнее отклоняет альфа-частицы
3) магнитное поле сильнее отклоняет бета-частицы
4) все три вида излучения, обнаруженные при исследовании естественной радиоактивности, отклоняются магнитным полем
5) радиоактивностью обладают все элементы таблицы Менделеева