Опыт Резерфорда. Постулаты Бора

Урок 50.

Оборудование

1. доска, мел.

2. интерактивная доска

Ход урока

1. Организационный момент

а) цели урока,

б) присутствующие.

2. Проверка изученного материала

3. Изучение нового материала

Открытие радиоактивности.

Ряд веществ, после облучения солнечным светом, светятся в темно­те, такой вид излучения называют фотолюминесценцией. Французский физик Антуан Аини Беккерель, предполагал, что соли урана создают фотолюминесценцию, и изучал свойства этого излучения. Он обнару­жил, что излучение солей урана подобно рентгеновскому излучению, оно способно засветить фотопластинку, обернутую в черной бумагу. В 1896 г. из-за облачной погоды ему не удалось провести опыт. Он поло­жил бумагу и пластину вместе с солью урана в ящик стола. Благодаря счастливой случайности А. Беккерель сделал открытие. Он проявил пластину и увидел изображение креста, лежавшего поверх бумаги в том же ящике. Это означало: соли урана самопроизвольно, без каких либо внешних влияний создают излучение. Излучение было названо радио­активным.

Самопроизвольное излучение атомов называют радиоактивно­стью.

Изучением радиоактивности занималисьМария Склодовская- Кюри, Пьер Кюри, Эрнест Резерфорд. Мария и Пьер Кюри обнару­жили новые элементы, которые способны создавать радиоактивное из­лучение. Химические элементы были названы: полоний, в честь родины Марии Кюри - Польши, и радий, что означает лучистый. В результате экспериментов было выявлено, что все элементы с порядковым номе­ром более 83 являются радиоактивными.

Исследования ученых показали, что радиоактивное излучение по со­ставу сложное, в нем присутствуют три вида излучения с различными свойствами: α, β и γ - лучи. Открытие радиоактивности способствовало дальнейшему изучению строения атома. Поток α-частиц, обладающих положительным зарядом, ученые использовали для бомбардировки ато­мов.

Опыт Резерфорда.

В1911 г. английским физиком Э. Резерфордом был проведен опыт по рассеянию α-частиц золотой фольгой. К этому времени свойства α-частиц были изучены: они обладают положительным зарядом рав­ным двум зарядам электрона q = 2|е|, масса примерно в 8000 раз больше массы электрона, скорость движения при испускании ра­дием составляет около 20000 км/с.

С хема опыта показана на рисунке 137. Радий помещался в свинцо­вый контейнер с узким отверстием. Поток α-частиц после рассеяния на золотой фольге попадал на экран, покрытый сульфидом цинка.

При отсутствии золотой фольги на экране появлялось светящееся пятно, состоящее из вспышек, вызванных α-частицами (рис.138 а).

При размещении на пути пучка золотой фольги пятно расши­рялось, вокруг него наблюдались отдельные вспышки (рис.138 б).

Небольшое количество α-частиц было отброшено в обратном направлении.

Планетарная модель атома Резерфорда.

На основании полученных результатов Резерфорд пришел к выводу, что вся масса атома и положительный заряд должны быть сосредоточе­ны в очень малой области пространства. Только тогда α-частица может быть отброшена в обратном направлении. Резерфорд ввел понятие ядро атома, которое имеет положительный заряд и находится в центре ато­ма. Вокруг ядра движутся электроны подобно планетам вокруг Солнца. Оценив размер ядра по его взаимодействию с α-частицей, он получил результат 10^-12 – 10^-13 см.

Размер самого атома равен 10^-8 см, что превышает размер ядра в 10 - 100 тысяч раз. Если размер ядра увеличить до шара диаметром 1 м, то электроны вокруг него будут описывать окружности диаметром от 10 до 100 км.

Планетарная модель позволяет объяснить многие явления природы, например: электризацию тел, хорошую проводимость металлов, но она не могла объяснить устойчивость атома. Электроны, излучая энергию, должны были упасть на ядро за ничтожно короткий промежуток време­ни. Модель атома Резерфорда не могла объяснить излучение разрежен­ных газов, в спектре которых присутствует излучение строго опреде­ленных частот.

Спектры излучения.

Для наблюдения спектра излучения газоразрядной трубки, напол­ненной разряженным газом, достаточно излучение направить на трех­гранную призму. Как и в опыте Ньютона с солнечным лучом, свет раз­ложится на составляющие и на экране появится спектр. Только в отли­чие от спектра солнечного луча на экране будут наблюдаться отдельные линии, разделенные темными полосами. Спектры различных газов от­личаются по числу линий и по их цвету.

Спектр, в котором присутствуют все частоты видимого излучения, называют непрерывным или сплошным спектром.

Спектр, в котором присутствуют излучения ча­стот определенного значения, называют линей­чатым спектром.

Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жид­ком состоянии и сжатые газы. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии.

Линейчатые спектры поглощения.

Для наблюдения спектра поглощения атомов, через холодный газ пропускают излучение тел, спектр которых является сплошным. На фоне непрерывного спектра появляются темные линии.

Темные линии на фоне непрерывного спектра, соответствующие частотам поглощенного излучения, называют спектром поглощения.

Газ поглощает свет тех частот, которые он испускает в сильно на­гретом состоянии.

Квантовые постулаты Бора.

В 1913 г. датский физик Нильс Бор сформулировал основные по­ложения квантовой физики в виде постулатов.

В основу его постулатов легли планетарная модель атома Резерфорда и гипотеза Планка о квантах энергии излучения.

Первый постулат Бора:

Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состоя­ниях, каждому из которых соответствует опре­деленная энергия Е_п; в стационарном состоя­нии атом не излучает.

Второй постулат Бора:

Излучение света происходит при переходе ато­ма из стационарного состояния с большей энер­гией Е_к в стационарное состояние с меньшей энергией Е_п.

Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hν_kn=E_k– E_n

Частота излучения равна:

При поглощении энергии фотона электрон переходит из состояния с меньшей энергией в состояние с большой энергией.

Излучение и поглощение с точки зрения постулатов Бора.

П остулаты Бора и его модель атома со стационарными орбитами по­зволяют объяснить спектры излучения и поглощения света. На рисунке 139 изображен ряд энергетических уровней атома водорода, на которых может находиться электрон. При переходе электрона с верхнего уровня на нижний уровень энергия излучается. Частота излучения определя­ется разностью энергий электрона на этих уровнях. Переход на второй уровень с вышележащих четырех уровней называют серией Бальмера в честь швейцарского ученогоИоганна Якоба Бальмера, впервые на­блюдавшего видимый спектр водорода. Чем больше разность энергий, тем больше энергия фотона, тем выше частота излучения.

С постулатами Бора стало понятным уменьшение мощности излуче­ния абсолютно черного тела в области ультрафиолетовых волн сплош­ного спектра. В диапазоне ультрафиолетового излучения происходит ионизация атомов, электроны становятся свободными. Переходы на более низкие уровни, сопровождающиеся излучением, не наблюдаются.

4. Закрепление

1. Что называют радиоактивностью?

2. Какова модель атома Резерфорда?

3. Какой спектр называют сплошным, какой линейчатым?

4. Какой спектр называют спектром поглощения?

5. В чем заключаются постулаты Бора?

6. Почему в линейчатых спектрах излучения и поглощения линии для одного и того же элемента совпадают?

7. Почему весь положительный заряд атома Резерфорд расположил в его цен­тре?

8. Почему в опыте по рассеянию α-частиц Резерфорд использовал золотую фольгу?

9. Почему большая часть α-частиц в опыте Резерфорда не изменила направле­ние движения?

10. При переходе электронов в атомах водорода с четвертой стационарной ор­биты на вторую излучаются фотоны с энергией 4,04*10^-19 Дж (зеленая линия водородного спектра). Определите длину волны этой линии спектра.

11. Для ионизации атома кислорода необходима энергия около 14 эВ. Найдите частоту излучения, которое может вызвать ионизацию.

5. Итог урока

а) оценки за урок,

б) домашнее задание: §33, упр. 33

Творческое задание

Подготовьте сообщение (на выбор):

Роль спектрального анализа в изучении небесных тел.

Ученые, внесшие вклад в развитие атомной физики (на выбор: Й. Фраунгофер, Э. Резерфорд, И. Бальмер, Н. Бор, Ю. Ридберг).

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/48904-opyt-rezerforda-postulaty-bora