Как узнали, из чего состоит атом
Две с половиной тысячи лет учёные спорили, как устроен атом. Пройди их путь: раздели вещество «до конца», собери молекулы Дальтона, подвигай электроны в «пудинге» Томсона, посмотри, почему «падает» атом Резерфорда, и повтори опыт с α-частицами и золотой фольгой, который всё изменил.
Модель
—
Делим вещество
Атомы Дальтона
«Пудинг с изюмом»
Планетарная модель
Атом водорода по Бору
Электронное облако
Собери атом
Установка Гейгера — Марсдена
Измерения: проверка формулы Резерфорда
| № | θ | N вспышек | 1/sin⁴(θ/2) | условия |
|---|
Ход работы
Цель: повторить опыт Гейгера — Марсдена и проверить, какая модель атома согласуется с опытом.
- Модель «Резерфорд», золотая фольга, 5 МэВ. Поставь микроскоп на θ = 20° и нажми «Измерить».
- Повтори для 30°, 45°, 60°, 90°, 120° и 150°. Сколько частиц отлетает назад?
- Посмотри на график N(1/sin⁴(θ/2)): точки ложатся на прямую через начало координат — это и есть формула Резерфорда.
- Переключи модель на «Томсон» и измерь на 20° и 90°. Что показал бы опыт, будь Томсон прав?
- Верни модель Резерфорда. Как меняется число вспышек при замене золота на алюминий? При увеличении энергии α-частиц?
- Нажми «📄 Отчёт» — таблица и график попадут в отчёт.
Вывод: большие углы рассеяния возможны только если положительный заряд и масса атома собраны в очень малом ядре.
Вопросы для самопроверки
Почему большинство α-частиц пролетало сквозь фольгу почти без отклонения?
Атом почти «пустой»: ядро в десятки тысяч раз меньше атома. Большинство частиц пролетает далеко от ядер, а лёгкие электроны почти не меняют движение тяжёлой α-частицы.
Почему модель Томсона не объясняет отражение частиц назад?
В «пудинге» положительный заряд размазан по всему атому, поле внутри слабое, и каждая встреча с атомом отклоняет α-частицу лишь на сотые доли градуса. Сложение тысяч таких отклонений даёт единицы градусов, но не отскок назад.
Чем не устраивала физиков планетарная модель?
Электрон на орбите движется с ускорением и по классической электродинамике должен излучать, терять энергию и за ~10⁻¹¹ с упасть на ядро. Устойчивость атома объяснили постулаты Бора, а затем квантовая механика.
Что такое изотопы?
Атомы одного элемента (одинаковое число протонов Z) с разным числом нейтронов. Например, водород: протий ¹H, дейтерий ²H и тритий ³H.
Откуда берутся линии в спектре водорода?
При переходе электрона с уровня m на уровень n излучается фотон с энергией hν = Em − En. Видимые линии (серия Бальмера) — переходы на n = 2: 656, 486, 434 и 410 нм.
Для учителя
Работа закрывает темы «Строение атома», «Опыт Резерфорда», «Постулаты Бора» и «Состав ядра» (9 и 11 класс). Удобно идти по вкладкам слева направо как по истории открытия. В опыте числа вспышек получены моделированием: на модели фольги примерно одна частица из ~10 000 отлетает назад — как у Гейгера и Марсдена. Ссылка на нужную вкладку: atom.html?m=exp (demo, dalton, thomson, planet, bohr, quantum, build, exp).