Номер 1, страница 237 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 57. Опыты с катодными лучами. Открытие электрона. Темы докладов - номер 1, страница 237.

Условие.

1. История открытия атома.

Решение.

1. История открытия атома.

История представлений об атоме — это долгий путь от философских догадок до сложных квантово-механических моделей, подтвержденных экспериментально. Этот путь можно разделить на несколько ключевых этапов.

Античные представления
Идея о том, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц, впервые возникла в Древней Греции. Философы Левкипп и его ученик Демокрит (V век до н. э.) предположили, что все вещества состоят из «атомов» (от греческого ἄτομος — «неделимый»). Они считали, что атомы вечны, неизменны, находятся в постоянном движении и различаются формой, размером и положением. Однако эта теория была чисто умозрительной и не имела экспериментального подтверждения. Взгляды Аристотеля, который считал материю непрерывной и состоящей из четырех стихий (земля, вода, воздух, огонь), получили большее распространение и господствовали в науке почти два тысячелетия.

Научное возрождение и теория Дальтона
В начале XIX века английский учёный Джон Дальтон возродил атомистическую теорию на научной основе. Опираясь на экспериментальные данные и законы сохранения массы и постоянства состава, он сформулировал следующие положения:
1. Все вещества состоят из атомов.
2. Атомы являются мельчайшими, неделимыми и неразрушимыми частицами.
3. Атомы одного и того же элемента идентичны по массе и свойствам.
4. Атомы разных элементов имеют разную массу и свойства.
5. Химические реакции представляют собой перегруппировку атомов.
Теория Дальтона заложила основы современной химии, но его представление об атоме как о неделимой частице вскоре было опровергнуто.

Открытие субатомных частиц и модель Томсона
В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон, изучая катодные лучи, открыл первую субатомную частицу — электрон. Он доказал, что эти частицы имеют отрицательный заряд и массу, значительно меньшую массы атома. Это открытие разрушило представление о неделимости атома. На основе своих данных Томсон в 1904 году предложил первую модель строения атома, известную как «пудинг с изюмом». Согласно этой модели, атом представляет собой равномерно заряженный положительный шар, внутри которого, подобно изюминкам в пудинге, распределены отрицательно заряженные электроны. Суммарный отрицательный заряд электронов компенсирует положительный заряд шара, делая атом в целом нейтральным.

Планетарная модель Резерфорда
Следующий революционный шаг был сделан учеником Томсона, Эрнестом Резерфордом. В 1909-1911 годах он вместе с Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом провёл знаменитый опыт по рассеянию альфа-частиц на тонкой золотой фольге. Результаты эксперимента были неожиданными: большинство альфа-частиц пролетало сквозь фольгу, не меняя направления, но некоторые отклонялись на большие углы, а единицы отбрасывались назад.
На основании этих наблюдений Резерфорд пришел к выводу, что:
1. Атом по большей части состоит из пустого пространства.
2. Почти вся масса и весь положительный заряд атома сосредоточены в очень малом объеме в его центре — ядре.
В 1911 году он предложил «планетарную» модель атома: в центре находится массивное положительно заряженное ядро, а вокруг него по орбитам, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются электроны. Однако эта модель противоречила законам классической электродинамики, согласно которым вращающийся электрон должен был бы непрерывно излучать энергию, терять скорость и в итоге упасть на ядро.

Квантовая модель Бора
Разрешить противоречия модели Резерфорда смог датский физик Нильс Бор в 1913 году. Он объединил планетарную модель с новыми квантовыми идеями и выдвинул свои постулаты:
1. Электроны могут вращаться вокруг ядра не по любым, а только по строго определённым, «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.
Модель Бора блестяще объяснила спектр атома водорода, но была неприменима для более сложных атомов и не могла объяснить некоторые тонкости спектров.

Современная квантово-механическая модель
Дальнейшее развитие науки привело к созданию современной, наиболее точной на сегодняшний день модели атома. В 1920-х годах были сделаны ключевые открытия:
• Открытие протона и нейтрона: В 1919 году Резерфорд открыл протон — частицу с положительным зарядом, входящую в состав ядра. В 1932 году Джеймс Чедвик открыл нейтрон — нейтральную частицу, также находящуюся в ядре. Стало ясно, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов.
• Квантовая механика: Луи де Бройль выдвинул гипотезу о волновых свойствах электрона (корпускулярно-волновой дуализм). Вернер Гейзенберг сформулировал принцип неопределённости, согласно которому невозможно одновременно точно измерить и положение, и импульс частицы. Эрвин Шрёдингер создал уравнение, описывающее поведение электрона в атоме как волны.
В современной модели атом представляется как положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, вокруг которого находится «электронное облако». Это облако — область пространства, где вероятность нахождения электрона наиболее высока. Вместо орбит Бора используется понятие «орбиталь» — состояние электрона, характеризующееся определённой энергией и формой.

Ответ: История открытия атома прошла путь от философской концепции неделимой частицы (Демокрит) до научно обоснованной теории (Дальтон). Последующие открытия субатомных частиц — электрона (Томсон), протона и ядра (Резерфорд), нейтрона (Чедвик) — привели к созданию моделей строения атома: «пудинга с изюмом» Томсона, планетарной модели Резерфорда и квантовой модели Бора. Современная квантово-механическая модель описывает атом как состоящий из ядра (протоны и нейтроны) и электронного облака, где положение электронов описывается вероятностными законами.