Номер 1, страница 182 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

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

Модели строения атома

Представления о строении атома эволюционировали на протяжении веков. Каждая новая модель строилась на основе предыдущих, уточняя и дополняя их в свете новых экспериментальных данных и теоретических открытий. Ниже рассмотрены ключевые исторические модели атома.

1. Философская модель Демокрита (V век до н.э.)

Древнегреческий философ Демокрит был одним из первых, кто предположил, что вся материя состоит из мельчайших, невидимых и неделимых частиц, которые он назвал «атомами» (от греч. ἄτομος — «неделимый»). Согласно его учению:

• Атомы вечны, неизменны и находятся в постоянном движении в пустоте.
• Атомы различаются по форме, размеру и весу.
• Свойства веществ определяются формой и сочетанием составляющих их атомов.

Эта модель была чисто умозрительной и не имела экспериментального подтверждения, однако она заложила фундаментальную идею о дискретном строении вещества.

Ответ: Атом — это мельчайшая, неделимая и вечная частица материи, из которой состоят все тела.

2. Модель Дальтона (1808 г.)

В начале XIX века английский учёный Джон Дальтон, основываясь на экспериментальных законах сохранения массы, постоянства состава и кратных отношений, предложил первую научную атомную теорию. Её основные положения:

• Все вещества состоят из атомов.
• Атомы — это мельчайшие неделимые частицы, которые нельзя ни создать, ни уничтожить.
• Атомы одного и того же химического элемента идентичны и имеют одинаковую массу.
• Атомы разных элементов имеют разную массу и свойства.
• Химические реакции представляют собой перегруппировку атомов.

Модель Дальтона представляла атом в виде крошечной, твёрдой, неделимой сферы. Она успешно объясняла многие законы химии, но не могла объяснить существование субатомных частиц и природу их взаимодействия.

Ответ: Атом — это неделимая сфера, причём атомы разных элементов различаются по массе и свойствам.

3. Модель Томсона («пудинг с изюмом», 1904 г.)

После открытия электрона в 1897 году Джозефом Джоном Томсоном стало ясно, что атом делим. Поскольку атом в целом электронейтрален, а электроны несут отрицательный заряд, в его составе должна была присутствовать и положительно заряженная материя. Томсон предложил модель, известную как «пудинг с изюмом»:

• 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, делая атом нейтральным.

Эта модель была первым шагом к пониманию сложной внутренней структуры атома, но была опровергнута экспериментами Эрнеста Резерфорда.

Ответ: Атом представляет собой положительно заряженную сферу, в которую вкраплены отрицательно заряженные электроны, что обеспечивает общую электронейтральность.

4. Планетарная модель Резерфорда (1911 г.)

В 1909-1911 годах под руководством Эрнеста Резерфорда был проведён знаменитый опыт по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге. Результаты были неожиданными: большинство частиц пролетало насквозь, но некоторые отклонялись на большие углы, а единицы — отбрасывались назад. Это было невозможно объяснить в рамках модели Томсона. На основе этих данных Резерфорд предложил планетарную модель:

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

Противоречие этой модели заключалось в том, что, согласно классической электродинамике, вращающийся электрон (ускоренно движущийся заряд) должен непрерывно излучать энергию, терять скорость и в итоге упасть на ядро. Это означало бы нестабильность атома, что противоречит реальности.

Ответ: Атом состоит из массивного, положительно заряженного ядра в центре и вращающихся вокруг него по орбитам электронов.

5. Модель Бора (1913 г.)

Датский физик Нильс Бор усовершенствовал модель Резерфорда, введя в неё квантовые постулаты, чтобы разрешить противоречие с классической физикой:

1. Постулат стационарных состояний: Электрон может двигаться не по любым, а только по определённым (стационарным) круговым орбитам, находясь на которых, он не излучает энергию. Каждой орбите соответствует определённый уровень энергии.
2. Правило частот: Излучение или поглощение энергии атомом происходит только при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излучённого или поглощённого фотона равна разности энергий этих орбит: $E_{\text{фотона}} = h\nu = E_k - E_n$, где $h$ — постоянная Планка, а $E_k$ и $E_n$ — энергии стационарных состояний.

Модель Бора блестяще объяснила линейчатые спектры атома водорода, но была неприменима для более сложных атомов и не могла объяснить некоторые тонкие эффекты.

Ответ: Электроны движутся по строго определённым стационарным орбитам (энергетическим уровням), не излучая энергии, и могут переходить между ними, поглощая или испуская кванты света.

6. Квантово-механическая модель (современная, с 1926 г.)

Развитие квантовой механики трудами Луи де Бройля, Вернера Гейзенберга и Эрвина Шрёдингера привело к созданию современной модели атома. Она основана на следующих принципах:

• Корпускулярно-волновой дуализм: Электрон обладает свойствами и частицы, и волны.
• Принцип неопределённости Гейзенберга: Невозможно одновременно точно определить положение и импульс (а следовательно, и траекторию) электрона.

В этой модели понятие «орбита» заменяется понятием «орбиталь». Орбиталь — это область пространства вокруг ядра, в которой вероятность нахождения данного электрона наиболее высока (обычно 90%). Состояние электрона в атоме описывается волновой функцией ($\Psi$), а форма и энергия орбиталей определяются набором четырёх квантовых чисел. Эта модель является наиболее полной и точно описывает поведение атомов и образование химических связей.

Ответ: Электрон не движется по определённой траектории; его положение описывается вероятностно через понятие атомной орбитали — области пространства вокруг ядра, где его можно обнаружить с наибольшей вероятностью.