Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

  • Все предметы
  • 11 класс
  • Физика
  • Планетарная модель атома. Первый постулат Бора. Правило квантования орбит. Второй постулат Бора. Спектры испускания и поглощения

Конспект урока: Планетарная модель атома. Первый постулат Бора. Правило квантования орбит. Второй постулат Бора. Спектры испускания и поглощения

Квантовая физика

Планетарная модель атома

План урока

  • Открытие электрона
  • Радиоактивность
  • Опыты  Резерфорда по рассеянию альфа-частиц
  • Планетарная модель

Цели урока

  • Знать, какие эксперименты привели к идее о сложном строении атомов
  • Знать, что такое радиоактивность
  • Знать, что из себя представляют альфа-,бета и гамма- лучи
  • Знать, как проводился опыт по рассеянию альфа-частиц
  • Знать, что называют планетарной моделью атома

Разминка

  • Как выглядит уравнение Эйнштейна для фотоэффекта?
  • Что называют красной границей фотоэффекта?
  • Перечислите законы фотоэффекта.

Открытие электрона

 

После идеи о том, что все тела состоят из молекул и атомов, в физике встал вопрос о строении атома. Первым на пути к разгадке оказался Майкл Фарадей, который получил экспериментальные результаты, указывающие на сложную структуру атома. В 1833 году Фарадей  установил законы электролиза и указал на наличие внутри атомов электрических зарядов. Следующие значимые шаги по установлению состава ядра были сделаны спустя 60 лет, когда в 1897 г. Джозеф Томсон открыл электрон. Томсон, проводя серию экспериментов по изучению электрического разряда в газах заметил, что при соударениях атомов в плазме электрического разряда, из них вылетали отрицательно заряженные микрочастицы. Далее, проводя эксперименты по изучению фотоэффекта, Томсон заключил, что при освещении вещества ультрафиолетовым светом из атомов любого химического элемента вырываются одинаковые отрицательно заряженные частицы. Эти частицы получили название "электроны". Следующей задачей было определение заряда этих вылетающих частиц. Ответ был получен в 1909 Робертом Милликеном. Электрический заряд e отдельных электронов оказался действительно одинаковым у всех и равен e=1,6·10-19 Кл. Помимо этого удалось установить примерную массу электрона, она оказалась в  ~2000 раз меньше атома водорода, который, как уже известно, состоит из одного протона. Был сделан вывод о том, что электрон - отрицательная частица, которая входит в состав атома любого химического элемента, а его открытие стало первым доказательством сложной структуры атома.

 

Радиоактивность

 

Другим доказательством сложности строения атомов явилось открытие явление радиоактивности. В 1896 г. французский физик Анри Беккерель обнаружил, что соли урана испускают невидимые лучи Он установил, что атомы урана испускают невидимые глазом излучения, способные проникать через бумагу или картон и вызвать почернение фотографической пластинки. Явление испускания атомами невидимых проникающих излучений назвали радиоактивностью (от слово «радиус» - луч).


Знаменитые физики, получившие нобелевские премии в областях физики и химии, являющиеся также первооткрывателями радиоактивности, Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри доказали, что спонтанные радиоактивные излучения наблюдаются не только у атомов урана, но и у  атомов некоторых других химических элементов. Изучая радиоактивное излучение, Пьер и Мари открыли два ранее неизвестных  химических элемента – радий и полоний.

 

В том же 1896 году английский физик Эрнест Резерфорд, пропуская радиоактивное излучения радия через магнитное поле, обнаружил, что радиоактивные атомы испускают не один, а три вида излучения различной физической природы. Эти излучения были названы альфа-, бета- и гамма-лучами. Позже выяснилось, что альфа-лучи - это положительных ионы в виде ядер гелия, бета-лучи - электроны, а гамма-лучи - это фотоны коротковолнового электромагнитного излучения (гамма излучения). Масса альфа-частицы оказалась примерно в 8000 раз больше массы электрона. Эта частица имеет положительный заряд, который в два раза больше заряда электрона. 

 

В результате радиоактивного распада, как впервые доказали в 1902 г. английские учёные Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди, происходит превращение атомов одного химического элемента в другие. Например, атом урана в результате радиоактивного распада превращается в два атома – атом тория и атом гелия.

 

Все перечисленные факты свидетельствовали о том, что атом - сложная система, в состав которой входят как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные частицы.

 

Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц

Рис. 1. Опыт Резерфорда Рис. 1. Опыт Резерфорда

Первая модель строения атома принадлежит Джозефу Томсону, который в 1903 г. предложил, что атом имеет форму шара, по которому равномерно распределен положительный заряд, а отрицательно заряженные частицы - электроны вкраплены внутрь этого шара. Данную модель называли “пудинг с изюмом”. В 1906 г. Резерфорд предложил проверить модель Томсона, бомбардируя атомы тяжелых элементов альфа-частицами. Схема опыта Резерфорда представлена на рисунке 1.  Узкий пучок альфа-частиц, испускаемых радиоактивным веществом 1 (радием), направлялся на тонкую золотую фольгу 2. За фольгой помещался экран 3, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка. При попадании альфа-частицы на экран в месте удара происходила яркая вспышка. Наблюдение вспышек осуществлялось с помощью микроскопа 4. Было обнаружено, что большинство альфа-частиц спокойно проходят фольгу, либо отклоняется от прямолинейного пути на углы не более 1−2°. Однако небольшая доля альфа-частиц испытывала отклонение на значительно большие углы порядка 50°. И лишь одна из 20000 альфа-частица отклонялась на 180° и возвращалась обратно.

Планетарная модель

Рис. 2. Планетарная модель атома Рис. 2. Планетарная модель атома

Рассеяние отдельных альфа-частиц на большие углы Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд в атоме не распределён равномерно в шаре радиусом 10−10 м, как предполагалось Томсоном, а сосредоточен в центральной части атома в области значительно меньших размеров, чем альфа-частица. Массивные альфа-частицы сталкиваются в атоме с очень малым по размеру, но еще более массивным, чем они сами, положительно заряженным объектом. В дальнейшем этот объект назвали атомным ядром. В ядре сосредоточена практически вся масса атома, на ядро приходится 99,9% всей массы атома. По оценкам Резерфорда размер (радиус) атомного ядра равен примерно 10−15 м, что составляет ~10-12 долю от всего атома, поэтому атом часто называют "пустым".  Резерфорд провел параллель с солнечной системой. Подобно тому, как вокруг массивного Солнца на больших расстояниях от него вращаются земные планеты, так и электроны в атоме обращаются вокруг массивного атомного ядра. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома. Такая модель атома получила название "планетарная модель" или “ядерная модель”.

Рис. 3. Рассеяние альфа-частицы Рис. 3. Рассеяние альфа-частицы

С помощью планетарной модели атома можно объяснить рассеяния заряженных частиц в опытах Резерфорда. Поскольку практически все пространство в атоме между атомным ядром и обращающимся вокруг него электронами пустое, то большая часть быстрых альфа-частиц свободно проходит сквозь вещество. При столкновениях с отдельными электронами атома, альфа-частицы испытывают рассеяние на очень небольшие углы, так как масса электрона мала. Однако быстро летящая заряженная частица может сблизиться с атомным ядром, в результате чего под действием сильного электростатического поля положительно заряженного атомного ядра может произойти рассеяние заряженной частицы на любой угол вплоть до 180°, что и наблюдал Резерфорд в своих опытах (рис. 3).


Контрольные вопросы

 

1. Какие явления и эксперименты привели к идее о сложном строении атома?
2. Какое явление называется радиоактивностью?
3. Опишите опыт по рассеянию альфа-частиц.
4. Что представляют собой альфа-, бета- и гамма-лучи?
5. Опишите планетарную модель атома.


Предыдущий урок
Лазеры
Квантовая физика
Следующий урок
Квантовая физика. Строение атома. Равновесное тепловое излучение. Гипотеза Планка
Квантовая физика
  • Обособленные и необособленные определения

    Русский язык

  • Экономический рост и развитие

    Обществознание

  • Правило произведения

    Алгебра

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке