Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.
Оценка 4.8

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Оценка 4.8
Разработки уроков
docx
физика
Взрослым
04.05.2017
Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.
Вид занятия - смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия: Ознакомиться с планетарной моделью атома по Э. Резер-форду и доказать ядерную модель атома на основе опытов Резерфорда Задачи занятия: Образовательные: • Синтез со знаниями, полученными ранее на уроках физики и химии, необходимыми для формирования целостного представления об атоме. • Способствовать формированию представлений о фундаментальности экспериментов на основе их значимости в изучении природы; • Использовать качественные представления о вариантах взаимодействия заряженных частиц для обучения решению задач на качественном и количественном уровне. Развивающие: • Способствовать развитию знаний об атоме. • Пробудить у учащихся интерес к научно-популярной литературе, к изучению предпосылок откры-тия конкретных явлений. • Формировать у учащихся научное мировоззрение на примере истории развития взглядов на стро-ение атома. • Продолжать формировать умение самостоятельно работать с различными источниками инфор-мации, обобщать материал. • Развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся. • Развивать познавательные способности учащихся, формировать у них как конкретно-образное (анализ опытного факта, выделять основные признаки, умения соотносить и сопоставлять), так и абстрактное (предсказание новых фактов) мышление. • Развитие речи (обогащение словарного запаса, коммуникативных свойств, усложнение смысловой функции речи). Воспитательные: • Развитие навыков коллективной работы; • Развитие навыков культуры общения; воспитание основ нравственного самосознания; толерант-ного отношения друг к другу; • Умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту.
занятие 55.docx
Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы. Вид занятия ­  смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия:   Ознакомиться с планетарной моделью атома по Э.  Резерфорду и доказать ядерную модель атома на основе опытов Резерфорда Задачи занятия:  Образовательные:   Синтез со знаниями, полученными ранее на уроках физики и химии, необходимыми для  формирования целостного представления об атоме.  Способствовать формированию представлений о фундаментальности экспериментов на основе  их значимости в изучении природы;  Использовать качественные представления о вариантах взаимодействия заряженных частиц для обучения решению задач на качественном и количественном уровне. Развивающие:  Способствовать развитию знаний об атоме.  Пробудить у учащихся интерес к научно­популярной литературе, к изучению предпосылок  открытия конкретных явлений.  Формировать у учащихся научное мировоззрение на примере истории развития взглядов на  строение атома.  Продолжать формировать умение самостоятельно работать с различными источниками  информации, обобщать материал.  Развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся.  Развивать познавательные способности учащихся, формировать у них как конкретно­образное  (анализ опытного факта, выделять основные признаки, умения соотносить и сопоставлять), так и абстрактное (предсказание новых фактов) мышление.  Развитие речи (обогащение словарного запаса, коммуникативных свойств, усложнение  смысловой функции речи). Воспитательные:   Развитие навыков коллективной работы;  Развитие навыков культуры общения; воспитание основ нравственного самосознания;  толерантного отношения друг к другу;  Умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту. Планируемые образовательные результаты: способствовать усилению практической направленности   в   обучении   физики,   формировании   умений   применять   полученные знания в различных ситуациях. Личностные:  способствовать эмоциональному восприятию физических объектов,  умению  слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать  инициативу  и  активность  при решении физических задач, формировать умение  работать в группах. Метапредметные:  развивать умение понимать и использовать средства наглядности  (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических  предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом. Предметные:  овладеть физическим языком, умением распознавать соединения  параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме,  собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы. Ход занятия: 1. Организация начала урока (отметка отсутствующих, проверка готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) – 2­5 мин. Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и знакомит  учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель  создает условия для мотивации учебной деятельности. Вопросы к     ю щимся:  об уча  1. Что вам известно о строении вещества? 2. Как мы узнаем о строении вещества? 3. Каково строение атома? 4. Как можно узнать о строении атома? 5. Что такое электрон? 6. Имеет ли ядро атома внутреннюю структуру? 7. Входят ли электроны в состав ядра? Освоение нового материала: Теория.   Учитель физики. Сегодня на уроке мы должны доказать сложное внутреннее строение    одной очень  маленькой частички ­  атома. Слово “атом” придумал очень давно, более 2500 лет назад,  древнегреческий философ Демокрит. С греческого слово “атом” переводится как “неделимый”. Так ли  это? (слайд 4) В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц – это история открытия сложного строения атома. В конце XIX­ начале XX в. идеи о строении атома    витали в воздухе,  различные догадки ученых создавали духовную атмосферу, в которой, в конце концов, и рождалось  открытие, ведь в то время ничего о внутреннем строении атома не было известно. Историческая справка – взгляды на строение атома Сообщение ученика 1:   Приложение 1 Сообщение ученика 2:  Приложение 2 Сообщение ученика 3:  Приложение 3 Учитель физики:       Приложение 4 Модель Томсона нуждалась в экспериментальной проверке.  Этой задачей занялся Эрнест Резерфорд (1871­1937 гг.)– английский ученый, известный своими  исследованиями строения атома и радиоактивности, один из создателей атомной и ядерной физики.  Резерфорд был членом Лондонского королевского общества – академии наук Англии, почетным членом  более 30 академий и научных обществ разных стран мира, в том числе Академии наук СССР. В 1908 году он стал лауреатом Нобелевской премии за исследования радиоактивности. В 1931 г. Э. Резерфорд за  свои научные заслуги стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона В лаборатории Резерфорда были проведены следующие эксперименты Ответ учащихся; Опыт Резерфорда – описание эксперимента (анализ слайда 14) Приложение 5 Результаты опыта (слайд 15, 16, 17) Приложение 6 Вопрос учащимся: Как можно объяснить результаты опытов?  Ответ учащихся Приложение 7 Учитель физики: По соотношению между общим числом частиц и числом отклонившихся на  определенные углы частиц рассчитывается размер ядра и заряд ядра. Оказалось, что радиус ядра  имеет порядок 10­ 12 см (10­ 14 м). Заряд же ядра положителен и определяется формулой q = Z*e, где Z ­  порядковый номер элемента в периодической системе, а е ­ модуль заряда электрона. Однако, ядерная  модель атома оказалась в противоречии с классической физикой. Представление обучающимся интересной исторической справки: “О результатах своих исследований  Резерфорд сообщил в феврале 1911 г. Через три месяца его доклад был опубликован, и мир узнал о  новой, планетарной модели атома. Осенью того же года состоялся первый Сольвеевский конгресс в  Брюсселе, на который приехали выдающиеся физики Европы: М. Планк, А. Пуанкаре, А. Эйнштейн, Х.А.  Лоренц, В. Нернст и др. Среди приглашённых участников был и Э. Резерфорд. С волнением он ожидал  оценки своей работы. И что же он услышал? Ничего. О предложенной им модели атома не было сказано ни слова. Вообще­то председательствующий на конгрессе Лоренц говорил о достоинствах атомной  модели, только не резерфордовской, а той, “которая была предложена сэром Дж. Дж. Томсоном”.  Таким образом, научный мир не принял всерьёз модель атома Резерфорда”. “Я был поражен простотой аппаратуры, которую вы используете, и блестящими результатами, которые  вы получили. Мне представляется гением тот, кто может работать со столь примитивным  оборудованием и собирать богатую жатву, далеко превосходящую то, что бывало добыто с помощью  самых тонких и сложных приборов.” Хантаро Нагаока. Из письма Резерфорду в 1911 г. Для выяснения причин такого отношения учёного мира к результатам экспериментальной деятельности  Резерфорда обучающимся предлагается самим разобраться в данном вопросе и возникших  противоречий. Вопрос учащимся: Каков характер противоречий данной модели атома с классическими  представлениями?  Ответ учащихся: Приложение 8  Противоречие 1.  Противоречие 2.  Противоречие 3. Таким образом, факт длительного существования атомов несовместим с планетарной моделью атома  Резерфорда, если ее рассматривать с позиции классической электродинамики. Постулаты Н.Бора.  В конце 19 века большие успехи были достигнуты в изучении линейчатых спектров вообще и  линейчатого спектра водорода в особенности. Внимательный анализ спектра водорода позволил в 1885  г учителю физики одной из швейцарских школ И. Бальмеру установить, что частоты линий в видимой  части спектра водорода могут быть вычислены по формуле, которая получила позднее название  формулы Бальмера. Ядерная модель Резерфорда не могла объяснить этих спектральных  закономерностей. В 1913 году датский физик Нильс Бор предпринял попытку создания качественно новой модели атома,  (но это тема следующего урока). Указанную выше проблему разрешил датский физик Нильс Бор. В 1913 г. он пришел к выводу, что всем  трем научным фактам:     устойчивость резерфордовской модели атома, квантовый характер излучения и поглощения света линейчатость спектров излучения света атомами можно дать единое объяснение, если признать, что движение частицы в атоме обладает  определенными особенностями. Эти особенности нашли отражение в постулатах Бора. Вопрос учащимся: Как вы думаете ­ каким образом Нильс Бор помог Резерфорду в отстаивании правоты  планетарной модели строения атома?  Учащиеся предлагают варианты формулировок постулатов Бора  Приложение 9 Учитель физики. Модель атома водорода и водородоподобных атомов по Н. Бору Водородоподобные – положительно заряженное ядро (протон) + 1 электрон, движущийся по круговой  орбите ­ однократно ионизированный атом гелия He+ или двукратно ионизированный атом лития Li++ Для невозбужденного атома радиус орбиты  перескакивает на одну из более удаленных от ядра орбит. Радиус возможной орбиты  . При возбуждении атома электрон  определяется  ;   (слайд 31) Каждой орбите соответствует определенная энергия электрона ;   (слайд 26, 27) Знак “­” указывает на связанность электрона с ядром атома, притяжение электрона к ядру. Е1 = ­ 13,55 эВ   ­ 13,6 эВ Чтобы оторвать электрон от ядра атома водорода надо сообщить ему энергию 13,6 эВ Энергетический спектр  Учитель физики. Недостатки ­ трудности теории Н. Бора Смогла построить только модель атома Н (водорода), а для атомов других химических элементов – не  удалось. Противоречива, т.к. с одной стороны отвергаются законы классической физики (движение электрона по круговой орбите без излучения), а с другой – использование этих законов – уравнение движения.  Движение электрона по орбитам в атоме не имеет ничего общего с движением планет Солнечной  системы. Объяснила линейчатые спектры только водородоподобных атомов. Объяснила поведение атома в магнитном поле Домашнее задание:   Сообщение: биографии Э. Резерфорда, Н. Бора. Приложение  1        Историческая справка – взгляды на строение атома Сообщение ученика 1:   Гипотеза о существовании атомов так же стара, как и наша цивилизация. Понятие атома существует уже 25 столетий. Демокрит (460­370 гг. до н.э.).  Демокрит происходил из богатого и знаменитого рода в Северной Греции. Все доставшиеся ему в наследство деньги он потратил на путешествия. За это его осудили: по греческим законам растрата отцовского имущества являлась серьезным преступлением. Но он был оправдан, так как ему удалось доказать, что в своих путешествиях он приобрел обширные знания. В конечном счете, горожане признали Демокрита мудрецом и выделили денежное содержание, которое позволило ему продолжать научные занятия. Основные элементы его картины природы таковы:   Все тела состоят из атомов, которые неделимы и имеют неизменную форму.  Число атомов бесконечно, число различных типов атомов тоже бесконечно.   Атомы   обладают   различными   выступами,   углублениями   и   крючками,   позволяющими   им сцепляться друг с другом и тем самым образовывать устойчивые соединения.  Философ был настолько убежденным атомистом, что даже человеческую душу представлял в виде комбинации атомов. В России идеи о мельчайших частицах вещества развивал Михаил Васильевич Ломоносов (1711­ 1765). Различая   два   вида   частиц   материи,   он   дает   им   названия   “элементы”   (равные   понятию   “атом”)   и “корпускулы” (равные понятию “молекула”). По Ломоносову, “элемент есть часть тела, не состоящая из каких­либо других меньших частиц”, а “корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу”. Английский   ученый   Джон   Дальтон   (1766­1844)  впервые   предпринял   попытку   количественного описания  свойств  атомов. Именно им  было  введено  понятие  атомной  массы  и  составлена  первая таблица   относительных   атомных   масс   различных   химических   элементов.   При   этом   атом представляется как мельчайшая неделимая, то есть бесструктурная, частица вещества.      К концу 90­х годов 19 века было прочно установлено, что в состав вещества входят отрицательно и положительно   заряженные   частицы.   Особенную  роль   в   этом   сыграло   открытие   катодных   лучей   и изучение их свойств. Приложение  2         Историческая справка – взгляды на строение атома Сообщение   ученика   2:  Чтобы   определить   природу   катодных   лучей,   английский   физик  Джозеф Джон Томсон (1856­1940)  проводит эксперимент, в ходе которого обнаружил, что катодные лучи ведут себя как отрицательно заряженные частицы: “Поскольку катодные лучи несут отрицательный заряд, отклоняются под действием электростатической силы, как если бы они были отрицательно заряженными, и реагируют на магнитную силу точно так же, как реагировали бы на неё отрицательно заряженные   тела,   двигавшиеся   вдоль   линии   распространения   лучей,   я   не   могу   не   прийти   к заключению, что катодные лучи суть заряды отрицательного электричества, переносимые частицами материи.   Тогда   встаёт   вопрос:   что   это   за   частицы?   Являются   ли   они   атомами,   молекулами   или материей в более тонком состоянии разделения? С целью пролить некоторый свет на этот вопрос я провёл целый ряд измерений отношений массы этих частиц к величине заряда, переносимого ими”. Так   открыли   первую   элементарную   частицу   с   массой   9,1   •   10­31  кг   и   с   наименьшей   величиной электрического заряда. В дальнейшем она получила название "электрон". 30 апреля 1897 г., когда Джозеф Джон Томсон доложил о своих исследованиях, считается “днём рождения” электрона. После открытия в 1897 году электрона, входящего в состав атома, был сделан вывод о сложном строении атома. Первая достаточно разработанная модель атома была предложена Томсоном. Согласно этой модели, вещество в атоме несет положительный заряд и равномерно заполняет весь объем атома. Электроны “вкраплены” в атом, словно изюм в булку. Приложение 3         Историческая справка – взгляды на строение атома Сообщение ученика 3:       Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества.  1888 г. в научном журнале Русского физико­химического общества стали появляться статьи с изложением оригинальных взглядов на  структуру атомов. Автор этих статей — известный в то время   философ  Борис   Николаевич   Чичерин   рассматривал   атом   как   сложную   систему, состоящую из положительно заряженной центральной массы и окружающих ее отрицательных оболочек.   Частицы   с   отрицательным   зарядом   (электроны)   обладали,   по   его   мнению, наибольшей подвижностью, а общее число оболочек возрастало с увеличением атомной массы элемента. Между центральной массой и вращающимися массами действует сила притяжения, подобная силе тяготения. Атом, по Чичерину, подобен солнечной системе. 1897 г ­ Дж. Дж. Томсон доказал существование электрона, измерил его заряд и массу. 1897 г ­ В. Вебер впервые высказал мысль об электронном строении атома (электроны входят в состав атома). В   1902   году   английский   физик   Уильям   Томсон  предложил   рассматривать   атом   как   облако положительного электричества с вкрапленными в него электронами, которые находятся в некоторых устойчивых   положениях,   но   могут   смещаться   и   совершать   колебания   под   действием   внешнего электрического   поля   Простейший   атом   —   атом   водорода   с   точки   зрения   модели   У.   Томсона представлял собой положительно заряженный шар, в центре которого находится электрон. 1903­1904 гг. ­ Дж. Дж. Томсон предложил модель атома в виде положительно заряженного шара, в котором   “плавают”   электроны.   Электроны   ­   внутри   положительного   шара   расположены   в   одной плоскости   и   образуют   концентрические   кольца.   Положительная   сфера   имела   размеры   атома. Электроны могли находиться внутри положительно заряженного шара в покое, а могли вращаться вокруг его центра. Электроны должны были располагаться слоями и образовывать нечто подобное «слоеному пирогу». 1904 год. Немецкий физик Филипп Ленард  отрицал возможность раздельного существования  в атоме противоположных электрических зарядов. Согласно его модели, атом состоит из нейтральных частиц, каждая из которых является электрическим дуплетом. Выполненные Ф. Ленардом расчеты показали, что эти частицы обладают очень малым радиусом (3*10­12  см) и,  следовательно,  большая часть атома пуста. Для   объяснения   характера   оптических   спектров   и   явления   радиоактивности  профессор   физики Токийского университета Хантаро Нагаока предложил в 1904 г. свой вариант атомной модели, в котором атом уподоблялся планете Сатурн. Роль самой планеты играл положительно заряженный шар ­   основная   часть   атома,   вокруг   которого,   как   расположенные   в   виде   колец   спутники   Сатурна, вращаются электроны. 1905 г ­ Ф. Линдеман  утверждал, что атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы ­ форму лепешки. 1907 г. русский ученый — Николай Александрович Морозов создал модель строения атома, исходя   из   периодического   закона   Менделеева,   будучи   в   заключении   за   революционную деятельность. По теории Морозова, атомы всех элементов состоят из трех частиц. Две из них несут па себе электрические заряды — положительный и отрицательный. Морозов предложил следующую   модель   строения   атома:   атом   он   представлял   в   форме   куба,   внутри   которого находится положительный заряд, в узлах — отрицательный. Приложение 4                         Опыт Резерфорда. В лаборатории Резерфорда были проведены следующие эксперименты  Цель опыта: выяснить внутреннюю структуру атома: 1 Распределение массы 2 Распределение положительного и отрицательного заряда 3 Размеры атома Для проведения опыта была собрана установка: 1 ­  свинцовый контейнер, содержащий крупицу радия. 2 – радиоактивное вещество (источник ­частиц) 3 ­  узкий пучок альфа­частиц 4 – тонкая металлическая фольга 5 ­  экран, покрытый сульфидом цинка;  каждая альфа­частица, попавшая на экран, вызывает  вспышку. Эти вспышки наблюдались глазом с помощью   микроскопа  и   подсчитывались.   Экран   вместе   с   микроскопом   мог  поворачиваться,   что позволяло изменять угол, под которым частицы попадали на экран.  Установка помещалась в сосуд, из  которого выкачен  воздух, чтобы движению  мешало.  Опыт Резерфорда – описание эксперимента α ­частиц ничто не Приложение  5                    Опыт Резерфорда     Ответ учащихся:  В качестве бомбардирующих частиц взяли тяжелые частицы, которые лучше всего подходили для изучения строения атома: заряд равен +2е; масса 8000me, большая скорость  ­ 20000 км/с или 1/15 скорости света.  Чтобы,   по   возможности,   точнее   исследовать   единичные   столкновения   частиц   с   атомами мишени, было желательно, чтобы сама мишень была как можно тоньше. К счастью, золотая фольга обладает тем замечательным свойством, что путем расплющивания ее можно сделать исключительно тонкой, толщиной всего лишь в 400 атомов золота.   В   ранних   экспериментах   исследовались   малые   углы   рассеяния   и   было   обнаружено,   что практически все частицы проходили через мишень, не отклоняясь, как если бы атомы мишени были совершенно прозрачны для бомбардирующих частиц (угол отклонения порядка одного градуса). Затем   молодому   сотруднику  Марсдену  было   поручено   выяснить   вопрос   о   том,   могут   ли частицы рассеиваться на большие углы? И вот в 1909 году наступил тот зимний день, когда Марсден остановил на университетской лестнице Резерфорда и совсем буднично произнес: «Вы были правы, профессор: они возвращаются…» (Позже Резерфорд вспоминал: «Это было самым невероятным   событием   в   моей   жизни.   Оно   было   столь   же   невероятным,   как   если   бы   15­ дюймовый снаряд, выпущенный в кусок папиросной бумаги, отскочил от нее и ударил бы в стреляющего»).   «Они»   возвращались   редко:   в   среднем   одна   частица   из   восьми   тысяч. Отражение   от   мишени   означало,   что   частица   встретила   на   пути   достойную   преграду   – массивную   и   положительно   заряженную:   только   такая   может   с   силой   оттолкнуть   от   себя прилетевшую   гостью.   Редкость   события   говорила   о   крайне   малых   размерах   преграды.   И потому, пронизывая атомы мишени, лишь немногие частицы попадают в массивную атомную сердцевину. Подавляющее большинство пролетает в отдалении от нее и рассеивается на малые углы.  Альфа­частицы от радиоактивного  источника,  пройдя через  диафрагму, попадают на тонкую фольгу из золота. Она имеет толщину около микрона, т.е. состоит приблизительно из 3000   атомных   слоев.   Большая   часть   альфа­частиц   легко   проходит   через   фольгу,   мало отклоняясь. Но некоторые, редкие альфа­частицы отклоняются на значительные углы и даже на углы, близкие к 180°, т.е. отбрасываются назад. Приложение  6                 Результаты опыта 1 Золотая фольга имела толщину 0,4 мкм (4*10­7 м). Учитывая, что в твердом теле атомы плотно упакованы,   а   расстояния  между   их   центрами  (по  данным   рентгеноструктурного   анализа) составляют 2,5• 10­10  м, получаем, что фольга по своей толщине  содержит около 1600 слоев атомов. 2 В ходе опыта было зафиксировано более 100 000 вспышек, которые отклонились на различные углы: Угол отклонения 150 300 450 600 Число вспышек 132 000 7 800 1 435 477 % 92,8 % 5% 1% 0,3% 750 1050 1200 1350 1500 211 70 52 43 33 142 121 0,15% 1 из 20 000 1 из 40 000 1 из 70 000 Анализируя данные полученных результатов (таблицы) можно сделать выводы: 1. подавляющая часть альфа­частиц проходит  сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы по отношению к направлению своего первоначального полета. 2. Однако, некоторая небольшая часть альфа­частиц при прохождении через фольгу отклоняется на значительные углы. Так, примерно одна из 20 000 частиц испытывает отклонение на угол порядка 90°, одна частица из 40 000—на угол около 120 и одна частица из 70 000—на угол порядка 150о.   Объяснить этот результат на основе модели Томсона оказалось невозможным.   Приложение 7    Как можно объяснить результаты опытов?                Ответ учащихся:                                                                                                         Результаты   опыта   можно   объяснить   следующим   образом.   Альфа­частицы,   проходя   через   фольгу, проходят  сквозь  атомы золота.  Это  возможно  потому,   что  легкие  электроны  почти  не  влияют  на движение тяжелой альфа­частицы. Так как альфа­частицы в большинстве случаев отклоняются на малые   углы,   атом в   большей   части   своего   объема   пустой   и   лишь   небольшую   их   часть   занимает положительный заряд. Эта центральная часть атома   получила название ядра. Из опытов следует, что ядро и отталкивает альфа­частицу, причем тем сильнее, чем ближе к ядру она проходит.  Таким образом,   в   центре   атома   находится   положительное   ядро,   в   атомном   ядре   сосредоточены   весь положительный заряд и почти вся масса атома (99,4%), размеры ядра  (10­15м)  малы по сравнению с размерами атома (10­10м); вокруг массивного ядра по замкнутым орбитам движутся легкие электроны, общий отрицательный заряд которых равен положительному заряду ядра. Учитель   физики:   По   соотношению   между   общим   числом   частиц   и   числом   отклонившихся   на определенные углы частиц рассчитывается размер ядра и заряд ядра. Оказалось, что радиус ядра имеет порядок 10­ 12 см (10­ 14 м). Заряд же ядра положителен и определяется формулой q = Z*e, где Z ­ порядковый номер элемента в периодической системе, а е ­ модуль заряда электрона.  Однако, ядерная модель атома оказалась в противоречии с классической физикой. Приложение 8          Противоречия модели атома Резерфорда Вопрос   учащимся:  Каков   характер   противоречий   данной   модели   атома   с   классическими представлениями? Ответ: Противоречие   1.  Согласно   теории   Максвелла,   любой   ускоренно   движущийся   заряд   должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Электроны, обращающиеся вокруг ядра, движутся с центростремительным   ускорением   и,   следовательно,   согласно   максвелловской   электродинамике, должны   непрерывно   излучать   электромагнитные   волны.   Но   в   нормальном   состоянии   атомы   не излучают!  Таким   образом,   ядерная   модель   атома   с   точки   зрения   классической   механики   и электродинамики  несовместима   и  с  гипотезой   Планка:  ускоренно     движущийся     вокруг      ядра электрон   должен   испускать электромагнитную волну непрерывно, а не порциями, как утверждается в гипотезе Планка. Противоречие 2. В любом объеме нагретого атомарного газа должны быть атомы, как в «начале», так и в «конце» своего существования. Следовательно, излучаемый таким газом свет должен содержать электромагнитные волны всевозможных частот, т.е. атомарный газ должен излучать свет со сплошным спектром. ИЛИ ­ по законам классической электродинамики, электрон, приближаясь к ядру, должен двигаться   все   быстрее,   излучая   все   более   короткие   электромагнитные   волны,   поэтому   спектр излучения атома должен быть сплошным, а на самом деле он линейчатый. Противоречие   3.   Повседневный   опыт   свидетельствует   об   устойчивости   атомов.   Но   благодаря излучению   электромагнитных   волн   энергия   электронов   должна   непрерывно   уменьшаться   и   они должны приближаться к ядру, и в конце концов, «упасть» на него. Расчеты показывают, что процесс “падения” электронов на ядро должен завершиться за время, равное 10­8 с. Таким образом, факт длительного существования атомов несовместим с планетарной моделью атома Резерфорда, если ее рассматривать с позиции классической электродинамики. Приложение 9                Постулаты Нильса Бора. Модель атома водорода. Недостатки модели. В 1913 году датский физик  Нильс  Бор предпринял  попытку создания качественно  новой модели атома, но это тема следующего урока. Указанную выше проблему разрешил датский физик  Нильс Бор. В 1913 г. он пришел к выводу, что всем трем научным фактам:     устойчивость резерфордовской модели атома,  квантовый характер излучения и поглощения света линейчатость спектров излучения света атомами   можно   дать   единое   объяснение,   если   признать,   что   движение   частицы   в   атоме   обладает определенными особенностями. Эти особенности нашли отражение в постулатах Бора.  Вопрос   учащимся:  Как   вы   думаете   ­   каким   образом  Нильс   Бор   помог   Резерфорду     в отстаивании правоты планетарной модели строения атома? Ответ:   учащиеся предлагают варианты формулировок постулатов Бора I   постулат Бора: Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Еп; в стационарном состоянии атом не излучает (учебник – формулировка:  В атоме существуют орбиты, называемые стационарными, двигаясь по которым электрон не излучает энергию). II    постулат Бора: При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается   квант   электромагнитной   энергии   (излучения).   Энергия   излучения   (фотона)   равна разности   энергий   атома   в   2­х   стационарных   состояниях.  hνmn  =  Em  ­  En,  где  m  и  n  –  номера стационарных состояний – орбит,  Em  и  En   ­  энергии  электрона на этих орбитах. Если  Em  >  En  – происходит излучение, а если Em < En – происходит поглощение кванта.  (учебник   –   формулировка:  Излучение   и   поглощение   энергии   атомом   происходит   при   переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излученного или поглощенного фотона равна разности энергий стационарных состояний: hνmn = Em ­ En). Если электрон переходит с более удаленной от ядра орбиты на более близкую к ядру орбиту, то при этом происходит излучение фотона, обратный переход может произойти при поглощении фотона. Частота излучения или поглощения выражается так:       mn E m E n  h  E m h E n h III  постоянной Планка:     постулат Бора: орбита электрона является стационарной, если момент импульса электрона кратен ,   где me – масса электрона,  ve – скорость вращения электрона rvm e e  n h 2 по круговой орбите, r – радиус круговой орбиты, h – постоянная Планка, n – главное квантовое число, n ≥ 1  Все стационарные  состояния, кроме одного, являются  стационарными условно. При  n=1 – основное невозбужденное состояние, n>1 ­ возбужденное  Бесконечно   долго   каждый   атом   может   находиться   лишь   в   стационарном   состоянии   с минимальным запасом энергии. Это состояние называется основным или нормальным.  Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными. Боровские орбиты электрона в атоме представляют собой геометрическое место точек, в котором с наибольшей вероятностью может быть обнаружен электрон.   В результате соударения с другим атомом, заряженной частицей, поглощении фотона – атом может перейти из стационарного состояния  min  запасом энергии в стационарное состояние с большим запасом энергии.  Из любого возбужденного состояния атом самопроизвольно переходит в основное состояние, при этом переходе излучается фотон света.  Время жизни атомов в возбужденном состоянии оценивается 10­9 – 10­7 с (за это время электрон делает по орбите около 100 оборотов). Вывод.  Основное изменение, внесенное Бором в физику ­ отказ от представлений о непрерывности изменения всех физических величин и в принятии идей квантования физических величин, которыми описывается внутреннее состояние атома.              Вместо непрерывного изменения расстояний между ядром и электроном в атоме оказывается возможным только дискретный ряд значений таких расстояний. Дискретными оказываются возможные значения   кинетической   и   потенциальной   энергии   электрона   в   атоме,   скорости   его   движения   по круговой орбите.                    Модель атома водорода и водородоподобных атомов по Н. Бору Водородоподобные – положительно заряженное ядро (протон) + 1 электрон, движущийся по круговой орбите ­  однократно ионизированный атом гелия He+  или двукратно ионизированный атом лития Li++ Для невозбужденного атома радиус орбиты      r 1  10*5,0  10 м При возбуждении атома электрон перескакивает на одну из более удаленных от ядра орбит. Радиус возможной орбиты определяется    ;         2 2 nh rn  2 4 me  2 rn  1nr 2 Каждой орбите соответствует определенная энергия электрона                                 ;                               En   1  4 0 2  4  2 me 4 2 2 2 nh En  E 1 2 n Знак «­» указывает на связанность электрона с ядром атома, притяжение электрона к ядру. Е1 = ­ 13,55 эВ  Чтобы оторвать электрон от ядра атома водорода надо сообщить ему энергию 13,6 эВ                                                     Энергетический спектр  ­ 13,6 эВ ≈                                                  Недостатки ­ трудности теории  Н. Бора 1. Смогла построить только модель атома   Н, а для атомов других химических элементов – не удалось. 2. Противоречива,   т.к.   с   одной   стороны   отвергаются   законы   классической   физики   (движение электрона  по круговой орбите  без  излучения),  а с другой  – использование этих законов  – уравнение   движения.   Движение   электрона   по   орбитам   в   атоме   не   имеет   ничего   общего   с движением планет Солнечной системы.  3. Объяснила линейчатые спектры только водородоподобных атомов. 4. Объяснила поведение атома в магнитном поле По современным представлениям стационарные орбиты не представляют действительного движения в атоме. В мире микрочастиц нельзя говорить о траектории их движения.                       Все вопросы нашли свое решение в КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ                            1922 г. ­ Нильсу Бору присуждена Нобелевская премия Приложение 10                                                                            Минитест:                                                1. В атоме кремния 14 электронов. Выберите правильное утверждение. А. В ядре атома кремния 14 частиц. Б. В ядре атома кремния 14 протонов. В. Масса положительного иона кремния больше массы атома кремния. Г. Среди утверждений нет правильного. 2. Существуют ли атомные ядра с зарядом меньшим, чем у одного протона? Почему? 3. Является ли нейтральным атом гелия, если вокруг его ядра обращается один электрон? 4. В ядре атом серебра 107 частиц. Вокруг ядра обращаются 47 электронов. Сколько в ядре этого атома нейтронов и протонов?       5. В результате трения стеклянной палочки о шёлк ей сообщён положительный заряд. Объясните, все ли атомы, из которых состоит заряженная палочка, нейтральны. Почему? Изменилась ли масса стеклянной палочки после сообщения ей положительного заряда? Как? Почему?

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия: Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.

Тема занятия:  Опыты Э. Резерфорда. Квантовые генераторы.
Материалы на данной страницы взяты из открытых истончиков либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
04.05.2017