2014년06월12일 8번

[과목 구분 없음]
다음은 러더퍼드의 a입자(He²⁺)산란 실험 결과와 이를 토대로 민수가 가설을 세운 후 수행한 실험이다.

민수가 실험을 통해 검증하고자 했던 가설로 가장 적절한 것은? [3점]

① 모든 원자에는 음전하를 띠는 원자가 있다.
② 원자에서 전자의 위치는 확률적으로만 나타낼수 있다.
③ 전자는 원자핵 주변의 허용된 원형 궤도를 따라 움직인다.
④ 경로가 휘거나 튕겨 나온 a입자의 수는 원자핵의 전하량에 따라 달라진다.
원자에서 음전하를 띤 전자는 퍼져 있는 양전하 구름에 무질서하게 분포한다.

(정답률: 알수없음)

문제 해설

가장 적절한 가설은 "경로가 휘거나 튕겨 나온 a입자의 수는 원자핵의 전하량에 따라 달라진다."이다. 이는 실험 결과에서 He²⁺ 이온이 산란되는 각도가 원자핵의 전하량에 따라 달라지는 것을 관찰한 것에서 유추할 수 있다.

"모든 원자에는 음전하를 띠는 원자가 있다."와 "원자에서 전자의 위치는 확률적으로만 나타낼 수 있다."는 양자역학의 기본 개념이지만, 이 실험 결과와 직접적인 연관성은 없다.

"전자는 원자핵 주변의 허용된 원형 궤도를 따라 움직인다."는 보편적인 원자 모형이지만, 이 실험 결과와도 직접적인 연관성은 없다.

"원자에서 음전하를 띤 전자는 퍼져 있는 양전하 구름에 무질서하게 분포한다."는 전자의 분포를 설명하는 모형 중 하나이지만, 이 실험 결과와도 직접적인 연관성은 없다.

따라서, "경로가 휘거나 튕겨 나온 a입자의 수는 원자핵의 전하량에 따라 달라진다."가 가장 적절한 가설이다.

이유는 He²⁺ 이온은 양전하를 띤 원자핵과 상호작용하면서 산란되는데, 원자핵의 전하량이 증가하면 이 상호작용이 강해져서 산란되는 각도가 작아지게 된다. 따라서, 산란되는 각도가 원자핵의 전하량에 따라 달라지는 것이다.

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