Modell der Rutherford-Streuung
Fachbezug
Ernest Rutherford, Hans Geiger und Ernest Marsden führten 1909 ein bemerkenswertes Experiment durch: α-Strahlen, die von einem radioaktiven Präparat ausgesendet wurden, wurden mit Hilfe eines Bleiblocks auf eine dünne Goldfolie gerichtet. Die Wissenschaftler untersuchten, wie stark die α-Teilchen durch die Atome der Goldfolie abgelenkt werden.
Aufgabe
Im Modell wird die Wechselwirkung zwischen den positiven He-4-Kernen und dem positiven Atomkern dargestellt. Starte die Simulation und interpretiere das Ergebnis! Beachte, dass die Simulation abbricht, wenn ein Teilchen mit dem Atomkern kollidiert.
Aktivitäten
Die positiv geladenen He-4-Kerne werden von den positiv geladenen Atomkernen der Goldfolie abgestoßen (vgl. Coulomb-Kraft). Nach dem die Teilchen das - weitgehend materiefreie - Atom durchquert haben, laufen sie in bestimmte Reichtungen. Der Ablenkwinkel von der ursprünglichen Richtung heißt Streuwinkel.
- Beobachte und interpretiere die Ablenkung der Teilchen bei verschiedenen Teilchengeschwindigkeiten v!
- Schätze ab, wie viele Teilchen bei größeren Streuwinkeln abgelenkt werden!
- Manchmal wird ein α-Teilchen rückwärts gestreut (Streuwinkel = 180°). Begründe, warum dies möglich ist!
- Führe die Simulation bei verschiedenen Geschwindigkeiten v der Teilchen durch. Warum kommt es bei hohen Geschwindigkeiten zur Kollision mit dem Atomkern?
- Rutherford folgerte aus dem Experiment uA, dass der Atomkern praktisch die gesamte Masse des Atoms enthalten muss. Begründe dies aus den Ergebnissen des Streuversuches!
Weblinks
Zum Leben und Wirken von Sir Ernest Rutherford (1871 - 1937) stehen zahlreiche Dokumente und Artikel im Web zur Verfügung. Einige Webadresse sind als "Einstieg" hier angegeben - recherchiere weiter und dokumentiere deine Ergebnisse!
- WikiPedia:Ernest Rutherford (zahlreiche Links zu weiter führenden Themen)
- Ernest Rutherford - Nobelpreis für Chemie 1908 (nobelprize.org, englisch)
- www.rutherford.org (Neuseeland, englisch)
Ausblick
Vergleiche den Aufbau des Streuversuches von Rutherford mit modernen Streuexperimenten (zB. CERN)! Kannst du grundsätzliche Gemeinsamkeiten entdecken? Was unterscheidet moderne Streuexperimente von historischen Streuversuchen?
Weblinks
Physlet® - Davidson-College, W.Christian, M.Belloni, P.Krahmer et.al.