Опыты, подтверждающее сложное строение атома.

Опыты, подтверждающее сложное строение атома.  

Цель: познакомить учащихся с ядерной моделью атома. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

Гипотеза о том, что все вещества состоят из большого числа ато­мов, зародилась свыше двух тысячелетий тому назад. Сторонники атомической теории рассматривали атом как мельчайшую недели­мую частицу и считали, что все многообразие мира есть не что иное, как сочетание неизменных частиц - атомов. Позиция Демокрита: «Существует предел деления - атом». Позиция Аристотеля: «Делимость вещества бесконечна».

Конкретные представления о строении атома развивались по ме­ре накопления физикой фактов о свойствах вещества. Открыли элек­трон, измерили его массу и заряд. Мысль об электронном строении атома, впервые высказанную В. Вебером в 1896 году, развил Л. Ло­ренц. Именно он создал электронную теорию; электроны входят в состав атома.

В начале века в физике бытовали самые разные и часто фанта­стические представления о строении атома. Например, ректор Мюн­хенского университета Фердинанд Линдеман в 1905 г. утверждал, что «атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы - форму ле­пешки». Продолжала жить и теория «вихревого атома» лорда Кель­вина, согласно которой, атом устроен подобно кольцам дыма, вы­пускаемым изо рта опытным курильщиком.

Опираясь на открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 1(Г¹⁰ м, в котором' «плавают» электроны, нейтрализующие положительный заряд. Большинство физиков склонялось, что прав Дж. Томсон.

Однако в физике уже более 200 лет принято правило: оконча­тельный выбор между гипотезами вправе сделать только опыт. Та­кой опыт поставил в 1909 г. Эрнест Резерфорд (1871-1937) со свои­ми сотрудниками.

Пропуская пучок а-частиц (заряд +2е, масса 6,64-1 (Г²⁷ кг) через тонкую золотую фольгу, Э. Резерфорд обнаружил, что какая-то из частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего перво­начального направления, а небольшая часть а-частиц отражается от фольги. Но, согласно модели атома Томсона, эти а-частицы при взаимодействии с атомами фольги должны отклоняться на малые углы, порядка 2°. Однако несложный расчет показывает: чтобы объ­яснить даже такие небольшие отклонения, нужно допустить, что в атомах фольги может возникать огромное электрическое поле на­пряженностью свыше 200 кВ/см. В полиэтиленовом шаре Томсона таких напряжений быть не может. Столкновения с электронами тоже не в счет. Ведь по сравнению с ними, tr-частица, летящая со скоро­стью 20 км/с, все равно, что пушечное ядро с горошиной.

В поисках разгадки Резерфорд предложил Гейгеру и Марсдену проверить: «а не могут ли а-частицы отскакивать от фольги назад».

Прошло два года. За это время Гейгер и Марсден сосчитали более миллиона сцинтилляций и доказали, что назад отражается примерно одна а-частица из 8 тысяч.

Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоре­чии с его опытом. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:

1. Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с раз­мерами самого атома.

2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

3.  Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома.

Расчеты показали, что а-частицы, которые взаимодействуют с электронами в веществе, почти не отклоняются. Только некоторые а-частицы проходят вблизи ядра и испытывают резкие отклонения.

Сообщение Резерфорда физики приняли сдержанно. Сам он в те­чение двух лет также не очень сильно настаивал на своей модели, хотя и был уверен в безошибочности опытов, которые к ней приве­ли. Причина была следующая.

Если верить электродинамике, такая система существовать не может, поскольку электрон, вращающийся по ее законам, неизбежно и очень скоро упадет на ядро. Приходилось выбирать: либо электро­динамика, либо планетарная модель атома. Физики молча выбрали первое. Молча, потому что нельзя было ни забыть, ни опровергнуть опыты Резерфорда. Физика атома зашла в тупик.

III. Закрепление материала

-     В чем заключается сущность модели Томсона?

-     Начертите и объясните схему опыта Резерфорда по рассеива­нию а-частиц. Что наблюдаем в этом опыте?

-     Объясните причину рассеивания а-частиц атомами вещества?

-     В чем сущность планетарной модели атома?

IV. Подведение итогов урока

Домашнее задание

§ 45