Урок по физике "Строение атома" 8 класс

10. Строение атома. Объяснение электрических явлений                  После открытия электрона Томсоном, возглавлявшим Кавендишскую лабораторию, им же была предложена первая модель атома. Томсон понимал, что  за   все  электрические   явления,  особенно   в  металлах,   теперь   отвечают электроны. Друде и Лоренц  в 1900 г., используя понятие «электронный газ», который   наполняет   металлический   проводник,   используя   МКТ (  молекулярно  –  кинетическую   теорию),  теоретически   вывели   закон   Ома, который был практически получен в 1827 году. И тогда Томсон представил себе   атом,   как     положительно   заряженный   шар,   диаметром   в   одну стомиллионную   долю   сантиметра,   в   котором   равномерно   распределены электроны.   «Изюминки» воспринимались, как электроны, которые можно «выковырять» из пудинга.    Модель   назвали   «пудинг   с   изюмом». Число электронов в атоме и положительный заряд равны, поэтому атом –   нейтральный.   Если   же   два   электрона   покинут   атом   (трением   или облучением), то в атоме образуются два пустых места, которые проявляют себя, как два положительных заряда.    Томсон   понимал,  что   модель   атома   не   совершенна,  но   умнее   пока ничего придумать не мог. Почти 10 лет просуществовала эта модель, пока на пороге Кавендишской лаборатории не появился Эрнест Резерфорд.      Кавендишская лаборатория была создана на   средства Кавендиша, который     вычислил   гравитационную   постоянную   в   законе   всемирного тяготения. Родственников у него не было, и все свои сбережения он завещал на   построение   лучшей   лаборатории   в   мире,   где   будут   работать   лучшие ученые, открывая   для  людей  всей  планеты  законы  природы,  приносящие пользу   всему   человечеству.   Выделялись   деньги   и   для   тех   победителей конкурсов и олимпиад, которые не имеют средств, приехать в лабораторию.  Одним из таких любознательных, стремящихся к знаниям, был Эрнест Резерфорд, живущий  в Австралии. Прибыв   в   Кэвендишскую   лабораторию,   Резерфорд   окунается   в творческую   работу   всей     лаборатории,   восхищаясь   великолепными приборами, лучшими во всем мире. Да, ученики всегда благоговеют перед своими   учителями.   Резерфорд   восхищался   работами   Томсона,   проникся тревогами и сомнениями учителя о несовершенстве модели атома. И решил помочь развеять эти сомнения.   Он   придумывает   опыт,   проведя   который,   сможет   помочь   учителю развеять сомнения. Прокатав золотую фольгу до возможно тонкой толщины, он решил облучить альфа – частицами.    Открытая   Беккерелем   радиоактивность   была   изучена   Марией Склодовской – Кюри и ее мужем Пьером Кюри, а затем и сам Резерфорд работал в этой лаборатории   и знал, что в магнитном и электрическом полях излучение распадается на три компоненты: альфа ­ лучи, бета – лучи и гамма ­     лучи.     В   своем   опыте   Резерфорд   выбрал   для   бомбардировки   золотой фольги лучшие снаряды – альфа – лучи ( как позже выяснилось ­ это были ядра атома гелия).   Рассмотрим   схему   опыта   Резерфорда.     Идея   опыта   заключалась   в следующем. Если представить, что в тонком слое золотой фольги   тысячи ( или десятки тысяч) слоев атомов, то альфа – частицы при ударах будут в основном   отскакивать   на   какой­нибудь   малый   угол,   застревать,   и   может быть,  несколько  самых  быстрых,  проскочат  насквозь. За золотой фольгой располагался   круговой   экран,  на   который   нанесен   слой   сернистого   цинка (который   при   попадании   на   него   невидимых   частиц   –   дает   маленькую вспышку). Сотрудники были распределены по секторам (может быть в 5 или 10 градусов) и считали число вспышек за все время опыта.  Можно  условно представить для себя идею опыта: поставить 10 рядов хлебных булок, в которых есть изюминки. Теперь   начинаем   стрелять   из   пневматической   винтовки.   Если   пулька пробьет     первый   или   второй   ряд,   то   застрянет   в   третьем.   Ожидать,   что пулька пробьет все 10 рядов, наверное, не серьезно. Может быть несколько отклонится, если ударять в плотности (может вместо изюминок – камушки попались). Но чтобы много пулек отскочило назад­ ожидать не приходится.  Результаты опыта обескуражили не только  сотрудников  Томсона, но и самого Резерфорда: почти все альфа – частицы пролетели насквозь, почти не замечая золотой фольги. (Как будто это были не сплошные ряды плотных булок,  а  дырявые   рыболовные   сети!)     Некоторая   часть  –  отклонилась   на различные углы и очень небольшая часть отскочила назад (на 180 градусов!).  Одно сразу стало понятно: атом – не сплошной положительный шар,  а пустой шар, который не препятствует движению альфа – частиц.   Пытаясь помочь учителю в подтверждении модели атома, Резерфорд своим опытом доказал, что модель не подтвердилась и нужна новая модель атома.   Неделями   обдумывая   результат   опыта,   Резерфорд,   наконец   , воскликнул : «Теперь я знаю, как ВЫГЛЯДИТ атом!». Именно – «выглядит». Он не сказал: «Я вижу атом!». Атом увидеть нельзя ни в один микроскоп : в силу физических свойств зрения. Стомиллионную долю сантиметра (размер атома) назвали в то время – «Ангстрем». Видимый свет имеет длину волны от 4000 А (фиолетовый цвет) до 8000 А (красный цвет).  Увидеть атом – это значит ­  осветить  его   видимым   светом­ волнами  от 4000А  до 8000 А  и получить отражение (или «тень») от атома размером в 1 А(?). Неумолимое явление дифракции (огибание малых тел, соизмеримых с длиной волны), не позволяет «увидеть» атом. Точно так же мы не видим молекулы кислорода и азота (составные части воздуха), потому что они не могут отразить свет и не дают тени (иногда мы видим в лучах света пылинки в комнате, отражающие лучи света, но это не молекулы воздуха). Атом «выглядит» так, как «выглядит» Солнечная система: в центре – положительное ядро (как Солнце) (размерами еще в сто тысяч раз меньше, чем   атом),   а   около   ядра   (   как   планеты   около   Солнца)   вращаются отрицательные электроны. Заряд положительного ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева и равен отрицательному заряду всех электронов,   вращающихся   около   ядра.   Атом   –   нейтрален.   Такая   модель атома Резерфорда получила название – «планетарная модель атома». Удобно рассмотреть модель атома водорода. В центре ­ положительное ядро, около ядра по орбите вращается один электрон. Теперь – модель атома гелия: в центре – положительное ядро из двух протонов и двух нейтронов, а около ядра по орбите вращаются два электрона.