Номер 1, страница 151 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Модели атома

Год Автор модели Модель

1903 г. Д. Томсон Модель «Пудинг с изюмом» Отрицательно заряженные электроны расположены в облаке положительного заряда, суммарный заряд электронов равен заряду положительно заряженного облака.

1911 г. Э. Резерфорд Модель «Планетарная» Весь положительный заряд и практически вся масса атома сосредоточены в ядре. Электроны вращаются вокруг ядра.

1913 г. Н. Бор Модель «Планетарная с устойчивыми стационарными орбитами». Весь положительный заряд и практически вся масса атома сосредоточены в ядре. Электроны вращаются вокруг ядра по стационарным орбитам. При переходе электрона со стационарной орбиты с большим квантовым числом на орбиту с меньшим квантовым числом излучается квант энергии.

Задание 1

1. Используя материалы главы и дополнительную литературу приведите примеры физических явлений, который легко объяснить на основе моделей атома Д. Томсона, Э. Резерфорда и Н. Бора.

2. Какие устройства созданы на основе знаний о модели атома Н. Бора?

1. Используя информацию о моделях атома, можно объяснить следующие физические явления:
Модель Д. Томсона («Пудинг с изюмом»): Эта модель, представляющая атом как положительно заряженную сферу с вкраплениями-электронами, хорошо объясняет явление ионизации. Если атому сообщить достаточную энергию (например, при столкновении), один или несколько электронов могут быть «выбиты» из положительного «облака», в результате чего атом превращается в положительно заряженный ион. Также она объясняет общую электронейтральность вещества в обычном состоянии, так как суммарный отрицательный заряд электронов компенсирует положительный заряд «облака».
Модель Э. Резерфорда («Планетарная»): Ключевое явление, которое объяснила эта модель, — это рассеяние альфа-частиц на тонкой золотой фольге. Модель Томсона предсказывала, что все частицы должны проходить через фольгу практически без отклонения. Однако эксперимент показал, что небольшая часть частиц отклоняется на большие углы и даже назад. Резерфорд объяснил это тем, что почти вся масса и весь положительный заряд атома сконцентрированы в очень маленьком объеме — ядре. Именно при близком пролете альфа-частицы у такого массивного и сильно заряженного ядра и возникают большие силы отталкивания, приводящие к рассеянию на большие углы.
Модель Н. Бора («Планетарная с устойчивыми орбитами»): Эта модель была создана для объяснения двух явлений, которые не могла объяснить классическая модель Резерфорда:
1. Стабильность атома. Согласно классической электродинамике, электрон, вращающийся вокруг ядра, должен непрерывно излучать энергию и в итоге упасть на ядро. Бор постулировал существование стационарных орбит, на которых электрон не излучает.
2. Линейчатый спектр излучения атомов. Модель Бора объясняет, что атомы излучают и поглощают свет не непрерывно, а порциями (квантами) строго определённых энергий. Это происходит, когда электрон переходит с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излученного или поглощенного фотона равна разности энергий этих орбит: $h\nu = E_n - E_m$. Это напрямую объясняет, почему спектры газов состоят из отдельных ярких линий, а не являются сплошными.

Ответ: Модель Томсона объясняет ионизацию; модель Резерфорда — рассеяние альфа-частиц на большие углы; модель Бора — стабильность атомов и линейчатый характер их спектров излучения и поглощения.

2. Знания о модели атома Н. Бора, особенно его постулаты о квантовых переходах электронов между стационарными энергетическими уровнями с излучением или поглощением фотонов, легли в основу создания целого ряда важнейших устройств.
Основной принцип, используемый в этих устройствах, — это испускание фотона при переходе электрона в атоме с более высокого энергетического уровня на более низкий.
Примеры устройств:

• Лазеры (квантовые генераторы). Работа лазера основана на явлении вынужденного (стимулированного) излучения, которое происходит, когда фотон, имеющий энергию, равную разности двух энергетических уровней в атоме, пролетает мимо возбужденного атома (где электрон находится на верхнем уровне). Этот фотон стимулирует переход электрона на нижний уровень с испусканием второго фотона, который является точной копией первого (та же энергия, направление, фаза и поляризация). Это приводит к лавинообразному усилению света.
• Газоразрядные лампы. К ним относятся неоновые вывески, люминесцентные (флуоресцентные) лампы, натриевые и ртутные лампы уличного освещения. В этих устройствах электрический разряд возбуждает атомы газа-наполнителя, переводя их электроны на более высокие энергетические уровни. Возвращаясь в основное состояние, электроны излучают свет на характерных для данного газа длинах волн, что и определяет цвет свечения лампы (например, красный для неона, сине-зеленый для ртути).
• Светодиоды (LED). Хотя их работа описывается более сложной зонной теорией твердого тела, основополагающий принцип тот же: при подаче напряжения электроны в полупроводниковом материале переходят на более высокий энергетический уровень, а затем рекомбинируют с «дырками», переходя на более низкий уровень и испуская при этом квант света. Модель Бора является концептуальным предшественником этих идей.

Ответ: На основе знаний о модели атома Бора созданы такие устройства, как лазеры, газоразрядные лампы (например, неоновые и люминесцентные) и светодиоды.