Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра - [118]

б) Какие наблюдения можно сделать (случайно) для расширения области исследования гравитационного поля Солнца в сторону уменьшения и увеличения границ, указанных в а)?

в) Какие эксперименты показывают, что взаимодействие атомного ядра (например, ядра атома золота) с внешними электрическими зарядами подчиняется закону обратных квадратов?

г) Какие другие сведения об атомном ядре дают эксперименты, о которых говорится в в)?

Задача 2. Связь рассеяния альфа-частиц с их скоростью

Если вы не решили задачу 3 в гл. 18, вы можете проанализировать условия этой задачи снова, используя более новые знания, полученные при изучении этой главы.

_{Когда две нейтральные молекулы (или два атома) налетают друг на друга, то при сближении происходит их поляризация (небольшое смещение разноименных зарядов в противоположные стороны). Благодаря этому между молекулами возникает слабое притяжение (притяжение разноименных зарядов эффективнее отталкивания одноименных).}

_{При более тесном сближении системы электронов в атомах начинают сплющиваться, оказывая сопротивление сближению (принцип Паули, глава 44). Электроны могут перейти на орбиты, охватывающие оба атома. При этом возникает сильное отталкивание между атомами за счет кулоновского взаимодействия ядер. Тогда атомы разлетаются со своими первоначальными кинетическими энергиями.}

_{Медленный электрон (например, с энергией 1/2 эв) не может вызвать каких-либо изменений в атоме. Он упруго отскакивает от массивного атома.}

 _{Однако более быстрый электрон (например, с энергией 100 эв) может выбить у атома электрон (за счет своей кинетической энергии). Выбитый электрон блуждает до тех пор, пока не захватывается другим атомом, образуя из него отрицательный ион.}

_{Электроны, проходя близко от атомов, выбивают из них электроны, превращая их в положительные ионы. Выбитые электроны могут присоединяться к другим атомам, превращая их в отрицательные ионы. Если положительные и отрицательные ионы не развести в разные стороны электрическим полем, то они вскоре могут встретиться и нейтрализовать друг друга.}

_{Проходя близко от атома или через его внешние области, α-частица легко вытягивает из него электрон своим электрическим полем. Электрон, блуждая, может быть захвачен атомом, и образуется отрицательный ион, α-частица проскакивает мимо, практически не отклоняясь.}

_{Одна из α-частиц, подойдя близко к ядру, отклоняется им на большой угол. Большинство же проходит прямо, не отклоняясь.}

Фиг. 67.Картина атомных и ядерных столкновений.

_{Эти рисунки, условно отражающие некоторые детали атомной структуры, иллюстрируют подлинные атомные события.}

Глава 41. Лабораторная работа по изучению свойств электронов: от генераторов до осциллографов

Sine experientia nihil sufficienter sciri potest

Без опыта нет достоверного знания.

Роджер Бэкон (~1250 г) Об опыте, духовном и практическом.

…прививайте любовь к наблюдению и исследованию явлений природы — главную движущую силу научной деятельности. Если эта любовь есть, научное творчество и прогресс неотделимы, если ее нет, научное творчество, даже скрупулезно «взращиваемое», бесплодно. Студента нужно учить так, чтобы лицом к лицу с задачами он чувствовал себя истинным исследователем, в значительной степени предоставленным самому себе, готовым вырвать у природы ответы на вопросы, которые он ей задает.

Сэр Перси Нунн («Новое преподавание», ~1918 г.)

Как генераторы «создают ток»? Почему энергию дешевле передавать с помощью переменного тока? Каковы основные детали радиоприемников, усилителей, телевизионных трубок… и как они работают? И как мы изучаем свойства электронов в этой «аппаратуре»? Эти вопросы, характерные для нашего века электричества, выходят за рамки «домашнего электричества», изложенного в гл. 32, и для того, чтобы на них можно было ответить, необходимы дополнительные сведения. Хороший курс физики должен содержать ясные ответы на некоторые из них, но это невозможно сделать только с помощью простых картинок и занимательных историй. Вместо этого вам предлагается самим найти ответы, уяснив некоторые из опытов, изложенных в настоящей главе. Проделайте опыты сами либо посмотрите, как их демонстрируют, либо пропустите эту главу.

Опыт 1. Катапультирующая сила.

Соберите цепь, в которой через гибкий провод, висящий поперек магнитного поля, протекает сильный постоянный ток. Вместо провода можно использовать подвешенную металлическую трапецию с перекладиной поперек поля. Наблюдайте за действием катапультирующей силы. (Сила будет казаться слабой. Чтобы ощутить эту силу в большем масштабе, схватите рукой вал электрического мотора и попробуйте остановить его вращение.)

Фиг. 68.Катапультирующая сила.

Опыт 2. Сила, действующая на электроны. Направьте пучок электронов поперек магнитного поля. Для этого поднесите магнит к электроннолучевой трубке осциллографа. Посмотрите, как действует сила на пучок, и зафиксируйте его отклонение. Поднесите тот же магнит к гибкому проводу, по которому течет ток в известном направлении (опыт 1), и сравните его отклонение с отклонением пучка катодных лучей. Доказывает ли это, что катодные лучи представляют собой поток отрицательных зарядов?