2nd Phys4 Activité Structure lacunaire de la matière

2nd Phys4
Activité
Structure lacunaire de la matière
Description de l'expérience de Rutherford
En 1909, Marsden, Geiger et Rutherford entreprirent d'utiliser des particules α (noyaux d'hélium), produites lors
de la désintégration de noyaux radioactifs de radium, pour explorer la structure de l'atome. Ils bombardèrent pour
cela une feuille d'or d'environ 0,6 µm, placée dans une enceinte à vide, par un faisceau de particules α focalisées
par deux diaphragmes DI et D2.
Ils constatèrent que la grande majorité des particules traversent la feuille d'or sans être déviées. En effet, la tache
observée sur l'écran fluorescent garde la même intensité avec ou sans feuille d'or interposée. Quelques
particules sont légèrement déviées, comme en témoignent les impacts fluorescents sur l'écran.
Leur surprise fut de constater que certaines particules α (une sur 20 à 30000) subissent de grandes déviations
(supérieures à 90 degrés) et sont donc renvoyées vers l'arrière.
Rutherford en déduisit (mais cela lui prit 2 ans de réflexion), que l'atome est constitué d'un noyau très petit par
rapport à la taille de l'atome et qui concentre l'essentiel de la masse et toutes les charges positives, et d'un
cortège électronique dont le volume est celui de l'atome.
Interprétation de l’expérience de Rutherford
On considère le schéma ci-contre:
1,2,3,4,... 13,14,15, représentent les
traces des particules α lorsqu'elles
traversent la feuille d'or.
Questions
1. Que représentent les cercles en contact les uns avec les autres?
2. Que représente le point au milieu de chaque cercle?
3. Combien faut-il de couches d'atomes, empilées les unes sur les autres, pour obtenir une feuille d'or de
0,6 µm d'épaisseur? Le rayon d'un atome d'or est de 0,144 nm.
4. Que se passe-t-il pour les particules 5, 9 et 14 ?
5. Lorsqu'une particule α passe près d'un noyau, est-elle attirée ou repoussée par lui? Sachant qu'une
particule α porte une charge positive, que peut-on en déduire quant à la charge du noyau?
6. Comment peut-on expliquer que certaines particules α soient renvoyées vers l'arrière? Faire un
schéma de cette situation.
7. Choisir parmi les analogies suivantes, celle qui pour vous traduit le mieux l'expérience de Rutherford:
a) des joueurs de tennis qui envoient des balles contre un mur.
b) un enfant qui jette du sable à travers un grillage à larges mailles.
c) un chasseur qui tire des balles de chevrotine à travers une feuille de papier.
d) une planète bombardée par une pluie de météorites.
8. Que pensez-vous de la phrase de Frédéric Joliot-Curie: «les noyaux de toute l'humanité, accolés,
occuperaient un volume inférieur à celui d'un dé à coudre » ?
9. En quel sens peut-on dire que le remplissage de l'espace par la matière est lacunaire?