Номер 1, страница 173 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. «Модели строения атома» (возможная форма: презентация, макет, плакат).

Представления о строении вещества и, в частности, атома, претерпели значительные изменения на протяжении истории науки. Эволюция моделей атома отражает развитие физических теорий и совершенствование экспериментальных методов. Каждая новая модель строилась на основе предыдущей, объясняя новые открытые явления и устраняя противоречия.

1. Античные представления: Атомизм Демокрита (V век до н.э.)

Древнегреческий философ Демокрит предположил, что вся материя состоит из мельчайших, неделимых и вечных частиц, которые он назвал «атомами» (от греч. ἄτομος – «неделимый»). По его мнению, атомы различаются формой, размером и порядком, а их соединение и разъединение объясняет все явления в мире. Эта модель была чисто философской, умозрительной и не имела под собой экспериментального подтверждения.

2. Модель Дальтона (1803 г.) – «Бильярдный шар»

Английский ученый Джон Дальтон на основе количественного анализа химических реакций возродил идею атомизма на научной основе. Его модель представляла атом как крошечную, твердую, неделимую сферу. Основные положения его теории:

• Все вещества состоят из атомов.
• Атомы одного элемента идентичны по массе и свойствам, но отличаются от атомов других элементов.
• Атомы неделимы и не могут быть созданы или уничтожены в ходе химических реакций.
• Химические реакции представляют собой перегруппировку атомов.

Эта модель успешно объясняла законы сохранения массы и постоянства состава, но не могла объяснить природу электричества и существование субатомных частиц.

3. Модель Томсона (1904 г.) – «Пудинг с изюмом»

После открытия электрона в 1897 году Дж. Дж. Томсон предложил первую модель атома, включающую субатомные частицы. Согласно его модели:

• Атом представляет собой сферу, равномерно заполненную положительным зарядом («пудинг»).
• Внутри этой сферы находятся отрицательно заряженные электроны («изюм»).
• Суммарный отрицательный заряд электронов компенсирует положительный заряд сферы, поэтому атом в целом электронейтрален.

Эта модель была важным шагом вперед, так как признавала сложную структуру атома, но она была опровергнута знаменитым опытом Резерфорда.

4. Планетарная модель Резерфорда (1911 г.)

Эрнест Резерфорд, проводя эксперименты по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге, пришел к выводам, которые кардинально изменили представление об атоме. Он предложил ядерную (планетарную) модель:

• В центре атома находится очень маленькое, плотное, положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома.
• Вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны.
• Атом в основном состоит из пустого пространства.

Главным недостатком этой модели было ее противоречие законам классической электродинамики. Ускоренно движущийся электрон должен был непрерывно излучать энергию, терять скорость и в конечном итоге упасть на ядро, чего в действительности не происходит.

5. Модель Бора (1913 г.)

Датский физик Нильс Бор усовершенствовал модель Резерфорда, применив к ней квантовые идеи Планка. Модель Бора основана на двух постулатах:

1. Электроны в атоме могут двигаться не по любым, а только по определенным «стационарным» орбитам, находясь на которых, они не излучают энергию.
2. Излучение или поглощение энергии происходит только при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излучённого или поглощённого фотона равна разности энергий стационарных состояний: $ΔE = E_2 - E_1 = hν$, где $h$ – постоянная Планка, а $ν$ – частота излучения.

Модель Бора блестяще объяснила линейчатый спектр атома водорода и его стабильность. Однако она не могла объяснить спектры более сложных атомов и некоторые другие тонкие эффекты (например, расщепление спектральных линий в магнитном поле).

6. Квантово-механическая (волновая) модель (с 1926 г.)

Это современная и наиболее полная модель атома, разработанная на основе работ Шрёдингера, Гейзенберга, де Бройля и других ученых. Ее ключевые особенности:

• Она отказывается от понятия точной траектории (орбиты) электрона из-за принципа неопределенности Гейзенберга: $Δx ⋅ Δp ≥ \hbar/2$, который гласит, что невозможно одновременно точно измерить координату и импульс частицы.
• Поведение электрона описывается волновой функцией $ψ$, решением уравнения Шрёдингера. Квадрат модуля волновой функции ($|ψ|^2$) определяет плотность вероятности нахождения электрона в той или иной точке пространства.
• Область пространства вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона наиболее высока (например, 90%), называется атомной орбиталью или «электронным облаком».
• Состояние электрона в атоме полностью описывается четырьмя квантовыми числами (главным, орбитальным, магнитным и спиновым), которые определяют энергию, форму и пространственную ориентацию орбитали, а также собственный момент импульса электрона.

Эта модель является основой современной квантовой химии и физики и позволяет с высокой точностью описывать строение и свойства атомов и молекул.

Ответ: История развития моделей строения атома представляет собой последовательную смену представлений: от философской идеи неделимой частицы (Демокрит) к простой механической модели «бильярдного шара» (Дальтон), затем к первой модели со сложной структурой «пудинг с изюмом» (Томсон), которая была заменена планетарной моделью с массивным ядром в центре (Резерфорд). Противоречия последней были разрешены введением квантовых постулатов в модели Бора, которая, в свою очередь, уступила место наиболее полной на сегодняшний день квантово-механической (волновой) модели, описывающей электрон как вероятностное «облако» (орбиталь) вокруг ядра.