Презентация для урока в 11 классе по теме "Опыты Резерфорда"

Строение атома. Опыты Резерфорда

11 класс

Строение атома. Опыты Резерфорда

Гипотеза о том, что вещества состоят из большого числа атомов, зародилась свыше двух тысячелетий назад.

Позиция Аристотеля:

« Делимость вещества бесконечна».

Позиция Демокрита: «Существует предел деления – атом».

Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества

• 1887г. - Дж. Дж. Томсон доказал существование электрона, измерил его заряд и массу.
• 1887г. - В. Вебер впервые высказал мысль об электронном строении атома ( электроны входят в состав атома)
• 1905г.- Ф. Линдеман утверждал, что атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы- форму лепешки
• 1903-1904г.г. - Дж. Дж. Томсон предложил модель атома в виде положительно заряженного шара, в котором «плавают» электроны.

• Сэр Джо́зеф Джон То́мсон ( 1856  - 1940) — английский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1906 года с формулировкой «за исследования прохождения электричества через газы».

Член Лондонского королевского об-ва (1884), профессор Кембриджского ун-та и директор Кавендишской лаборатории, в также профессор Королевского ин-та. С 1918 возглавлял Тринити колледж в Кембридже. Открыл (1897) электрон и определил (1898) его заряд. Предложил (1903) одну из первых моделей атома. Один из создателей электронной теории металлов.

Модель строения атома Томсона

• Атом – шар, по всему объёму которого равномерно распределён положительный заряд.
• Внутри шара находятся электроны.
• Каждый электрон может совершать колебательные движения около своего положения равновесия.
• Положительный заряд шара равен по модулю суммарному заряду электронов, поэтому заряд атома в целом равен нулю.

Модель строения атома Томсона

Модель атома Томсона оказалась в полном противоречии с известными уже к тому времени свойствами атома, главным из которых является устойчивость.

• Модель Томсона нуждалась в экспериментальной проверке. Важно было убедиться, действительно ли положительный заряд распределён по всему объёму атома с постоянной плотностью.
• В 1909г. Эрнест Резерфорд совместно со своими сотрудниками Г. Гейгером и Э. Марсденом провёл ряд опытов по исследованию состава и строения атомов .

Резерфорд Эрнест

• Резерфорд Эрнест (1871–1937) – английский физик, основоположник ядерной физики. Его исследования посвящены атомной и ядерной физике, радиоактивности. Своими фундаментальными открытиями в этих областях заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома.
• В 1899 г. открыл альфа - и бета-лучи. Вместе с Ф. Содди в 1903 г. разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений. В 1903 г. доказал, что альфа-лучи состоят из положительно заряженных частиц. Предсказал существование трансурановых элементов. В 1908 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Опыты Резерфорда

• 1906 г . Идея опыта Резерфорда: Зондировать атом альфа–частицами.
• Альфа-частицы возникают при распаде радия. Масса альфа-частицы в 8000 раз больше массы электрона. Электрический заряд альфа-частицы в 2 раза больше заряда электрона. Скорость альфа-частицы 1/15 скорости света . Альфа-частица является ядром атома гелия.

Опыты Резерфорда

• Рассеяние (изменение направления движения) альфа -частиц может вызвать только положительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеянию альфа -частиц можно определить характер распределения положительного заряда и массы внутри атома.

Опыты Резерфорда

• Модифицируя экспериментальную установку, Резерфорд попытался обнаружить отклонение альфа -частиц на большие углы. Для этого он окружил фольгу сцинтилляциоными экранами и определил число вспышек на каждом экране.

Опыты показали:

• Подавляющая часть альфа-частиц проходит сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы;
• Некоторая небольшая часть альфа-частиц при прохождении через фольгу отклоняется на значительные углы ( 90,120,150 градусов);
• Некоторые α-частицы отклонялись на большие углы, до 180º. Резерфорд понял, что такое отклонение возможно лишь при встрече с положительно заряженной частицей большой массы.

Опыты Резерфорда

• На основе модели Томсона при распределении по всему атому положительный заряд не может создать достаточно сильное электрическое поле, способное отбросить альфа -частицу назад.
• Резерфорд понял, что такое отклонение возможно лишь при встрече с положительно заряженной частицей большой массы.
• Малая вероятность отклонения на большие углы говорила о том, что эта положительная частица имеет малые размеры, порядка 10 –14 м.

Выводы из опытов:

• Положительный заряд сосредоточен в малой части атома – ядре;
• Практически вся масса атома сосредоточена в этом ядре;
• Отклонения альфа-частиц на большие углы происходят в результате столкновения альфа – частиц с ядром одного из атомов;

Определение размеров атомного ядра

• Подсчитывая число альфа -частиц, рассеянных на различные углы, Резерфорд смог оценить размеры ядра. Оказалось, что ядро имеет диаметр порядка 10 -12 —10 -13 см (у разных ядер диаметры различны). Размер же самого атома

10 -8 см, т. е. в 10—100 тысяч раз превышает размеры ядра. Впоследствии удалось определить и заряд ядра.

Планетарная модель атома

• В центре атома расположено положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома.
• В целом атом нейтрален. Число внутриатомных электронов, как и заряд ядра, равно порядковому номеру элемента в периодической системе.
• Покоиться электроны внутри атома не могут, так как они упали бы на ядро, характер движения электронов определяется действием кулоновских сил притяжения со стороны ядра.

Модель атома водорода

• В атоме водорода вокруг ядра обращается   всего лишь один электрон. Ядро атома водорода имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона, и массу, примерно в 1836,1 раза большую массы электрона. Это ядро было названо протоном и стало   рассматриваться 

  как   элементарная частица. Размер атома водорода — это радиус орбиты его электрона

Недостатки модели атома Резерфорда

• Эта модель не согласуется с наблюдаемой стабильностью атомов. По законам классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать электромагнитные волны, а поэтому терять свою энергию. В результате электроны будут приближаться к ядру и в конце концов упадут на него.
• Эта модель не объясняет наблюдаемые на опыте оптические спектры атомов. Оптические спектры атомов не непрерывны, как это следует из теории Резерфорда, а состоят из узких спектральных линий, т.е. атомы излучают и поглощают электромагнитные волны лишь определенных частот, характерных для данного химического элемента.

• Попыткой спасения планетарной модели атома стали постулаты Нильса Бора

Спасибо за внимание!