Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
4.2.8. Какой максимальный заряд Q может быть накоплен на конденсаторе
емкостью Со = 2 • 10"11 Ф, одна из об- ,
кладок которого облучается светом с длиной --I-----
волны X = 5 • 10-7 м? Работа выхода электрона составляет А = 3 ¦ 10"19
Дж, постоянная Планка
258
Элементы физической оптики
h = 6,62 • 10-34 Дж-с, величина заряда электрона \е\ = 1,6 • 10'19 Кл,
скорость света с - 3-108 м/с.
4.2.9. Уединенный изолированный металлический шарик радиусом г = 0,5
см, находящийся в вакууме, освещают ультрафиолетовым излучением с длиной
волны А,, = 250 нм, которая меньше, чем
длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта для данного
металла. Каково максимальное количество электронов Nmn, которые могут
покинуть шарик после того, как его дополнительно осветят излучением с
длиной волны Х2 = 200 нм? Постоянная Планка h = 6,6310'34 Дж-с,
электрическая постоянная е0 = 8,85-10'12 Ф/м, скорость света с = 3108
м/с, величина заряда электрона \е\ = 1,6 • 10-19 Кл.
4.2.10. На металлическую пластинку сквозь сетку, параллельную
пластинке, падает свет с длиной волны X = 0,4 мкм. Фототок прекращается
при задерживающей разности потенциалов между пластинкой и сеткой U = 0,95
В. Определить красную границу фотоэффекта (максимальную длину волны А,тах
). Постоянная Планка h = 6,62 • 10'34 Дж • с, величина заряда электрона
\е\ = 1,6 • 10~19 Кл, скорость света с = 3 • 108 м/с.
4.2.11. Измерения зависимости напряжения отсечки фототока (т.е.
напряжения, при котором фототок прекращается) от длины волны света,
падающего на цезиевую пластину Cs, производятся по схеме, изображенной на
рисунке. При освещении светом с длиной волны = 0,4 мкм напряжение отсечки
составило U\ = 1,19 В, при Х.2 = 0,5 мкм - Ui - 0,57 В. Определить по
результатам этого опыта , соответствующую красной границе фотоэффекта для
цезия.
Определения, понятия и законы
259
5. Атом и атомное ядро
Вопросы программы
• Опыты Резерфорда по рассеянию а -частиц. Планетарная модель атома.
Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение энергии атомом.
Непрерывный и линейчатый спектры. Спектральный анализ.
• Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц: камера
Вильсона, счетчик Гейгера, пузырьковая камера, фотоэмульсионный метод.
• Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи атомных ядер. Понятие о
ядерных реакциях. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их
свойства. Цепные ядерные реакции. Термоядерная реакция.
• Биологическое действие радиоактивных излучений. Защита от радиации.
Определения, понятия и законы
Опыты Резерфорда по рассеянию а -частиц. Планетарная модель атома. К
началу XX века было убедительно показано, что электрон является одной из
составных частиц любого вещества. Из классической электромагнитной теории
следовало, что размеры электрона не превышают 10~15 м (по современным
данным - не более 10~22 м). Кинетическая теория 19-го столетия показала,
что размеры атомов имеют порядок Ю~10 + 10~9 м. Учитывая это, Дж. Дж.
Томсон в 1906 году предложил модель, согласно которой атом содержит
электроны, которые вкраплены в положительно заряженную среду, заполняющую
весь объем атома, масса которой составляет большую часть его массы, а ее
заряд нейтрализует суммарный заряд электронов.
Однако уже в 1911 году Эрнест Резерфорд опытным путем доказал, что эта
модель несостоятельна. Им были проведены эксперименты
260
Атом и атомное ядро
по рассеянию а-лучей. (а-лучи представляют собой поток а-частиц, т.е.
дважды ионизованных атомов гелия, имеющих положительный заряд, равный
+2е, и возникающих в результате радиоактивного распада (см. ниже)). Э.
Резерфорд с помощью свинцового коллиматора выделял узкий пучок а-лучей и
пропускал их через очень тонкую золотую фольгу. Регистрировались а-
частицы по вспышкам света на детекторе из сернистого цинка. Было
установлено, что почти все а-частицы проходили сквозь фольгу, сохраняя
прежнее направление движения или отклоняясь от него на очень малые углы.
Однако некоторые а-частицы отклонялись на углы, превышающие 90°, т. е.
они фактически двигались в обратном направлении. Если бы была справедлива
модель атома Томсона, то такие события были бы невозможны в принципе: а-
частицы должны были бы свободно проходить сквозь атомы золота, и только
некоторые из них могли слегка отклониться в кулоновском поле электронов.
Результатом опытов Резерфорда явилась ядерная модель атома: в центре
атома находится ядро, имеющее очень малый объем, в котором сосредоточен
весь положительный заряд атома; остальную часть атома занимает облако
электронов. Линейные размеры ядра составляют ~10-14-ь10-15 м. Практически
вся масса атома сосредоточена в ядре.
В этой модели опыты Резерфорда получили простое объяснение. Проходя
сквозь электронную оболочку атома а-частицы не должны испытывать
заметного отклонения, поскольку масса электрона намного меньше массы а-
частицы, а отрицательный заряд всех электронов распределен по всему
объему атома. Однако те немногочисленные частицы, которые пролетают
