Информационный лист с заданиемдля с/р по теме: Строение атома. Планетарная модель атома (2 курс)

Строение атома. Опыт Резерфорда.
520065053403500В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл электрон. Существование в веществе электронов наводило на мысль, что эти отрицательно сраженные частицы входят в состав нейтральных атомов. Но отсюда следовало, что в атоме должны находиться и положительно заряженные частицы. Как расположены заряженные частицы внутри атома?
В 1903 г. Дж. Томсон предложил модель строения атома, согласно которой положительно заряженная часть атома является равномерно заряженным шаром. В этот шар «вкраплены» электроны в таком количестве, чтобы атом в целом был нейтральным (рис. 8.1). (рис. 8.1).
Эта модель получила шутливое название «пудинг-модель», поскольку электроны в ней были уподоблены изюминкам в пудинге. Для подтверждения правильности этой модели необходимо было провести опытное исследование распределения заряда внутри атома.
-14287527686000Такое исследование в 1911 г. было осуществлено Э. Резерфордом и его сотрудниками с помощью α-частиц. Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные частицы с зарядом +2е и массой, приблизительно в 4 разя большей, чем масса атома водорода. Скорость α-частиц достигает порядка 10 м/с. С помощью таких частиц, обладающих достаточно большими энергиями, «простреливали» металлическую фольгу и изучали рассеяние а-частиц, т. е. их отклонение от первоначального направления движения.
-157162543815000Альфа-частицы испускались источником 1, помещенным внутри полости с каналом 2, сделанным в куске свинца (рис. 8.2). Все частицы, кроме движущихся вдоль канала, поглощались свинцом. Узкий пучок а-частиц попадал на металлическую фольгу 3 перпендикулярно ее поверхности. Прошедшие сквозь фольгу, а-частицы, при столкновении с полупрозрачным экраном 4 вызывали вспышки света, которые наблюдались в микроскоп 5.
Условия эксперимента обеспечивали достаточный вакуум в пространстве между фольгой и экраном, чтобы не происходило дополнительного рассеяния а-частиц в воздухе.
Было обнаружено, что почти все а-частицы, прошедшие сквозь фольгу, сохраняли прежнее направление своего движения или отклонялись на малые углы. Однако некоторые а-частицы отклонялись на большие углы (почти до 180°). Э. Резерфорд по этому поводу говорил, что это было «невероятно так же, как если бы вы выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в папиросную бумагу, а снаряд отскочил бы обратно и попал в вас».
Этому неожиданному факту надо было дать объяснение. Резерфорд предположил, что это возможно, если весь положительный заряд внутри атома сосредоточен в его ядре — области, занимающей весьма малый объем по сравнению со всем объемом 031432500атома. Электроны движутся вокруг ядра, иначе они упали бы на ядро. Полный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра (рис. 8.3) .
Эта модель атома Резерфорда напоминает Солнечную систему: в центре находится «солнце» — ядро, а вокруг него по орбитам движутся «планеты»— электроны. Поэтому модель получила название - планетарной. Согласно этой модели ядро имеет линейные размеры порядка 10--15—10 -14 м, вокруг ядра в области размером
5200650374650010 -10 м по орбитам движутся электроны. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре. С помощью планетарной модели атома были объяснены результаты опыта по рассеянию а-частиц. Почти все а-частицы проходят сквозь вещество практически не отклоняясь, так как большая часть пространства атома пуста
(рис. 8.4). Альфа-частицы, которые встречаются с электронами на своем пути в фольге, также практически не рассеиваются, и только немногие а-частицы — те, которые проходят вблизи от ядра, испытывают значительные отклонения под действием электрического поля ядра.
489585065595500Таким образом, на основе планетарной модели можно было объяснить результаты опытов по рассеянию а-частиц. Однако объяснить стабильность атомов не удавалось. Рассмотрим простейший атом — атом водорода, состоящий из ядра — протона и одного электрона (рис. 8.5).
Движение электрона в атоме по замкнутой орбите происходит с ускорением. В соответствии с классической электродинамикой это движение электрона должно было сопровождаться излучением электромагнитных волн, в результате чего энергия электрона в атоме непрерывно уменьшалась бы. Электрон стал бы приближаться к ядру по спирали и должен бы упасть на него, причем это должно произойти за 10 -8 с. Однако атом стабилен. Следовательно, планетарная модель атома противоречила законам классической физики.
Выполнить задания по тексту:
1.Согласно планетарной модели атома заряд и почти вся масса атома сосредоточены, а электроны_________________________.
2.Заполни таблицы:
Характеристика атом ядро атома электроны
Размеры (м) Масса (по сравнению с массой атома) Заряд Опыт по рассеянию а-частиц:
Экспериментальные данные Объяснение
Почти все а-частицы сохраняют направление движения Небольшое число α-частиц отклоняется на угол, равный = 180°
Следствие из планетарной модели атома Факты
Электрон непрерывно теряет энергиюв виде электромагнитных волн. Атом неустойчив Спектр атома непрерывный 3.Ответить на вопросы:
Строение атома (ядро + электроны) напоминает строение Солнечной системы (Солнце + планеты). В чем различие между ними?
Под действием каких сил а-частицы отклонялись от прямолинейных траекторий в опыте Резерфорда?
В чем недостатки планетарной модели атома?
Квантовые постулаты Бора.
522922521717000Важным этапом в развитии современной физики стала модель построениянеклассической теории атома, предложенная Н. Бором в 1913 г.
В основе боровской теории строения атома лежала идея объединить планетарную модель атома Резерфорда и квантовую теорию излучения и поглощения электромагнитных волн.
Для осуществления этой идеи Н. Бор не отказался от применения законов классической физики к описанию поведения электронов в атоме, но дополнил его некоторыми ограничениями, которые накладывались на возможные состояния электронов в атоме. Эти ограничения были сформулированы в виде постулатов, которые называют постулатами Бора.
Первый постулат Бора (постулат стационарных состоянии) заключается в следующем:
Существуют стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает электромагнитных волн.
Стационарным состояниям атома соответствуют вполне определенные (стационарные) орбиты, по которым движутся электроны. При этом, несмотря на то что электроны движутся по своим орбитам с ускорением, они не излучают электромагнитных волн. Таким образом, в первом постулате Бора содержится отказ от вывода электродинамики о том, что ускоренно движущийся электрический заряд всегда излучает электромагнитные волны.
Второй постулат Бора (правило частот) устанавливает следующее:При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон, энергия которого равна разности энергий атома в двух его стационарных состояниях:
ΔЕ = Еm −En = hv, (8.1)
где Еm и Еп — энергии атома, находящегося в состояниях тип соответственно.
Излучение фотона происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, например при переходе электрона сорбиты, более удаленной от ядра, на ближнюю к ядру орбиту (рис. 8.6, а).
Поглощение фотона сопровождается переходом атома в состояние с большей
22098002286000 энергией (рис. 8.6, б).
Для наглядного представления возможных энергетических состояний атомов используются диаграммы, на которых каждое стационарное состояние атома,характеризуемое определенной энергией, отмечается горизонтальной линией.Энергетический уровень, соответствующий состоянию атома с минимальной энергией Е1 называется основным и располагается ниже всех остальных на диаграмме. Над ним расположены энергетические уровни других стационарных состояний, называемых возбужденными.Переходу электрона со стационарной орбиты под номером т на стационарную орбиту под номером п (рис. 8.7, а) соответствует переход атома из состояния с энергией Еmв состояние с энергией Еп. Этот переход на энергетической диаграмме обозначается вертикальной стрелкой от уровня, соответствующего энергии Еm, к уровню, соот-ветствующему энергии Еn (рис. 8.7, б).
260985032829500Выразим из формулы 8.1 частоту света, излучаемого при переходе из состояния m в состояние n:
Из второго постулата Бора следует, что атомы поглощают излучение той же самой частоты, которую они сами испускают.
Постулат Бора о существовании стационарных состояний атомов и правило частот Бора в дальнейшем экспериментально подтвердились в опытах Франкаи Герца.
Теория Бора сыграла огромную роль в создании атомной физики, однако в ней с самого начала обнаружились существенные недостатки. Главным из них была внутренняя противоречивость теории. Наиболее серьезной неудачей в теории Бора явилась невозможность создать с ее помощью теорию атома гелия, содержащего помимо ядра два электрона.
Выполнить задания по тексту:
1.Заполни таблицу:
Схема модели атома
Томсона Резерфорда Бора
2. Постулаты Бора (дописать предложения)
1.Существуют_________________________________состояния атома, находясь
в которых он ___________________________________________________________ .
2.При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается , энергия которого равна _____________ .
3. Составить энергетическую диаграмму излучения и поглощения света атома водорода.
81915095250
Заполни таблицу:
Частота
излучения поглощения
Самостоятельная работа на тему: «Строение атома. Опыт Резерфорда».
Вариант11.Согласно планетарной модели атома заряд и почти вся масса атома сосредоточены_______________, а электроны_________________________.
2.Заполни таблицу:
Следствие из планетарной модели атома Факты
Электрон непрерывно теряет энергиюв виде электромагнитных волн. Атом неустойчив Спектр атома непрерывный Ответить на вопрос: Под действием каких сил α-частицы отклонялись от прямолинейных траекторий в опыте Резерфорда?
Ответ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Самостоятельная работа на тему: «Строение атома. Опыт Резерфорда».
Вариант2Строение атома (ядро + электроны) напоминает строение Солнечной системы (Солнце + планеты). В чем различие между ними?
Ответ_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.Заполни таблицу:
Характеристика атом ядро атома электроны
Размеры (м) Масса (по сравнению с массой атома) Заряд Альфа-частицы представляют собой_____________________
_____________________________________ с зарядом +2е и массой, приблизительно в__________________________, чем масса атома _____________________________ .4. Постулаты Бора (дописать предложения)
1.Существуют_______________________состояния атома, находясь в которых он __________________________.
2.При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается________________________ ______________________энергия которого равна _____________ .5. Составить энергетическую диаграмму излучения и поглощения света атома водорода.
Частота
излучения поглощения
10541017843500
Студент___________________________ группы__________
Дата________________________ Оценка________________
4. Постулаты Бора (дописать предложения)
1.Существуют_______________________состояния атома, находясь в которых он __________________________.
2.При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается________________________ ______________________энергия которого равна _____________ .5. Заполни таблицу:
Студент___________________________ группы__________
Дата________________________ Оценка________________
Самостоятельная работа на тему: «Строение атома. Опыт Резерфорда».
Вариант3
В чем недостатки планетарной модели атома?
Ответ:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ .Заполни таблицу: Опыт по рассеянию а-частиц:
Экспериментальные данные Объяснение
Почти все α-частицы сохраняют направление движения Небольшое число α-частиц отклоняется на угол,
равный = 180°
В 1903 г. Дж. Томсон предложил модель строения атома, согласно которой _______________________часть атома является _____________________________заряженным шаром. В этот шар «вкраплены»_______________________, чтобы атом в целом был _________________________________________ .
4. Постулаты Бора (дописать предложения)
1.Существуют_______________________состояния атома, находясь в которых он __________________________.
2.При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается________________________ ______________________энергия которого равна _____________
_____________________________________________________ .
Схема модели атома
Томсона Резерфорда Бора
5. Заполни таблицу:
Студент___________________________ группы__________
Дата________________________ Оценка________________