Презентация на тему эрнест резерфорд. Что общего у атома и квантов

Эрнест Резерфорд

Выполнила: Васильева Лера

Ученица 9 класса

Эрнест Резерфорд- британский физик новозеландского происхождения.

Известен как «отец» ядерной физики. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года. Все опыты, поставленные Резерфордом, носили фундаментальный характер и отличались исключительной простотой и ясностью.

В 1911 году своим знаменитым опытом рассеяния α-частиц доказал существование в атомах положительного заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов вокруг него. На основе результатов опыта создал планетарную модель атома.

Биография

Резерфорд родился в Новой Зеландии в небольшом посёлке Спринг-Грув, расположенном на севере Южного острова близ города Нельсона, в семье фермера, выращивавшего лён. Отец - Джеймс Резерфорд, иммигрировал из г. Перт (Шотландия). Мать - Марта Томпсон, родом из Хорнчёрча, графство Эссекс, Англия. В это время другие шотландцы эмигрировали в Квебек (Канада), но семье Резерфорд не повезло и бесплатный билет на пароход правительство предоставило до Новой Зеландии, а не до Канады.

Эрнест был четвёртым ребёнком в семье из двенадцати детей. Имел удивительную память, богатырское здоровье и силу. С отличием окончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения учёбы в колледже Нельсона. Очередная стипендия позволила ему продолжить обучение в Кентербери-колледже в Крайстчёрче (ныне Новозеландский университет). В те времена это был маленький университет со 150 студентами и всего 7 профессорами. Резерфорд увлекается наукой и с первого дня начинает исследовательскую работу.

Резерфорд планировал заниматься детектором радиоволн или волн Герца, сдать экзамены по физике и получить степень магистра. Но в следующем году оказалось, что государственная почта Великобритании выделила деньги Маркони на эту же самую работу и отказалась её финансировать в Кавендишской лаборатории. Так как стипендии не хватало даже на еду, Резерфорд вынужден был начать работать репетитором и ассистентом у Дж. Дж. Томсона по теме изучения процесса ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Вместе с Дж. Дж. Томсоном Резерфорд открывает явление насыщения тока при ионизации газа.

В 1898 году Резерфорд открывает альфа- и бета-лучи. Спустя год Поль Вийяр открыл гамма-излучение (название этого типа ионизирующего излучения, как и первых двух, предложено Резерфордом).

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведённые им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». В 1914 году Резерфорд удостоен дворянского титула и становится «сэром Эрнстом». 12 февраля в Букингемском дворце король посвятил его в рыцари: он был облачён в придворный мундир и препоясан мечом. Свой геральдический герб, утверждённый в 1931 году, пэр Англии барон Резерфорд Нельсон (так стал зваться великий физик после возведения в дворянское звание) увенчал птицей киви, символом Новой Зеландии. Рисунок герба - изображение экспоненты - кривой, характеризующей монотонный процесс убывания со временем числа радиоактивных атомов.

Герб Эрнеста Резерфорда

Научная деятельность

1904 год - «Радиоактивность».

1905 год - «Радиоактивные превращения».

1930 год - «Излучения радиоактивных веществ» (в соавторстве с Дж. Чедвиком и Ч. Эллисом).

Изучение явления радиоактивности

После открытия радиоактивных элементов началось активное изучение физической природы их излучения. Резерфорду удалось обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

Опыт состоял в следующем. Радиоактивный препарат помещали на дно узкого канала свинцового цилиндра, напротив помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало магнитное поле. При этом вся установка находилась в вакууме.

Схема опыта по обнаружению сложного состава радиоактивного излучения. 1 - радиоактивный препарат, 2 - свинцовый цилиндр, 3 - фотопластинка.

Таким образом, было установлено, что при заряде, равном двум элементарным, альфа-частица имеет четыре атомные единицы массы. Из этого следует, что альфа-излучение - это поток ядер гелия.

В 1920 году Резерфорд высказал предположение, что должна существовать частица массой, равной массе протона, но не имеющая электрического заряда - нейтрон. Однако обнаружить такую частицу ему не удалось. Её существование было экспериментально доказано Джеймсом Чедвиком в 1932 году.

Кроме того, Резерфорд уточнил на 30 % отношение заряда электрона к его массе.

Эксперимент Гейгера - Марсдена с золотой фольгой

Резерфорд - один из немногих лауреатов Нобелевской премии, кто сделал свою самую известную работу после её получения. Совместно с Гансом Гейгером и Эрнстом Марсденом в 1909 году, он провёл эксперимент, который продемонстрировал существование ядра в атоме. Резерфорд попросил Гейгера и Марсдена в этом эксперименте искать альфа-частицы с очень большими углами отклонения, что не ожидалось от модели атома Томсона в то время. Такие отклонения, хотя и редкие, были найдены, и вероятность отклонения оказалась гладкой, хотя и быстро убывающей функцией угла отклонения.

Резерфорд смог интерпретировать полученные в результате эксперимента данные, что привело его к разработке планетарной модели атома в 1911 году. Согласно этой модели атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, содержащего большую часть массы атома, и обращающихся вокруг него лёгких электронов.

Схема опыта по рассеянию ɑ-частиц. 1 - радиоактивный препарат, 2 - свинцовый цилиндр, 3 - фольга из исследуемого материала, 4 - полупрозрачный экран, покрытый ZnS, 5 - микроскоп.

Вверху: Ожидаемые результаты: α-частицы, проходящие через ядро в модели Томсона. Внизу: Наблюдаемые результаты: небольшая часть частиц отклоняется, указывая на небольшой, концентрированный положительный заряд. Обратите внимание, что изображения не в масштабе, а в действительности ядро значительно меньше, чем электронная оболочка.

Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года через четыре дня после срочной операции по поводу неожиданного заболевания - ущемления грыжи - в возрасте 66 лет (хотя его родители прожили до 90 лет). Он был похоронен в Вестминстерском аббатстве, рядом с могилами Ньютона, Дарвина и Фарадея.

В честь Эрнеста Резерфорда названы:

химический элемент номер 104 в периодической системе - Резерфордий, впервые синтезированный в 1964 году и получивший данное название в 1997 (до этого носил название «Курчатовий»).

лаборатория Резерфорда - Эплтона, одна из национальных лабораторий Великобритании, открытая в 1957 году.

астероид (1249) Резерфордия.

Медаль и премия Резерфорда Института физики (Великобритания).

Скульптура молодого Эрнеста Резерфорда. Мемориал в Новой Зеландии

2 слайд

Эрнест Резерфорд (Rutherford Ernst) 30.08.1871-19.10.1937 Английский физик, уроженец Новой Зеландии, основоположник ядерной физики, автор планетарной модели атома, член (в 1925-30 президент) Лондонского Королевского общества, член всех академий наук мира, в том числе (с 1925) иностранный член АН СССР, лауреат Нобелевской премии по химии (1908), создатель большой научной школы. Исследования посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. Своими фундаментальными открытиями в этих областях заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома. Из коллекции www.eduspb.com Из коллекции www.eduspb.com

3 слайд

4 слайд

5 слайд

В Кавендишевской лаборатории Из коллекции www.eduspb.com Из коллекции www.eduspb.com

6 слайд

7 слайд

8 слайд

9 слайд

Краткая биография 1876 - 1888 - годы начального ученичества - школы в Фоксхилле к Хэйвлокке. Нельсоновский колледж для мальчиков. 1889 -Эрнест Резерфорд поступает в Кентерберийский колледж Новозеландского универси тета (Крайстчерч, Южный остров). - Степень бакалавра искусств. - Степень магистра искусств. 1884 - Начало работы над созданием магнитного детектора электромагнитных волн. 1895 - Степень бакалавра наук. Стипендия имени Всемирной выставки 1851 года.Резерфорд поступает в Кавендишевскую лабораторию Кембриджского университета (Англия). Первый докторант (research-student) Дж. Дж. Томсона. 1896- 1887 - Вместе с Дж. Дж. Томсоном Резерфорд изучает процесс ионизации газов под действием рентгеновых лучей. Прекращение работы над магнитным детектором. 1898 - Первые шаги Резерфорда В исследовании радиоактивности. Открытие неоднородности беккерелевой радиации - альфа- и бета-лучей. Профессор МакГилльского университета в Монреале. 1899 - Открытие эманации тория. 1901 - 1902 - Совместные исследования с Фредериком Содди. Отрытые естественного превращения элементов и создание теории радиоактивного распада атомов. - Избрание в члены Лондонского Королевского общества. - Первая книга Резерфорда - «Радио-активностъ». Первая Бейкерианская лекция - «Последовательность превращений в радиоактивных семействах» Из коллекции www.eduspb.com Из коллекции www.eduspb.com

10 слайд

1905 - Вторая книга Резерфорда - «Радиоактивные превращения» (цикл Силлимэновских лекций в Иельском университете, США). 1906 - Первые эксперименты по рассеянию альфа-частиц в веществе. 1907 - Переезд в Англию. Начало профессорской деятельности в университете Виктории (Манчестер). 1908 - Разработка вместе с Гансом Гейгером метода счета альфа-частиц. Окончательное установление вместе с Томасом Ройдсом гелиевой природы альфа-лучей. Нобелевская премия по химии. 1909 - 1910 - Конструирование планетарной модели атома и созревание идеи существования атомного ядра. 1911 -- Появление в «Philosophical magazine» работы Резерфорда - «Рассеяние альфа- и бета-радиаций в веществе и Структура Атома». 1912 - Начало дружбы и сотрудничества с Нильсом Бором. 1913 - Резерфорд препровождает в печать работу Нильса Бора «О структуре атомов и молекул». - Резерфорд препровождает в печать работу Генри Мозли «Высокочастотные спектры элементов». 1914 - Резерфорд получает дворянство и становится сэром Эрнстом. 1915-1917 - Работа над детектированием немецких подводных лодок. Резерфорд - «офицер связи» британско го Комитета по изобретениям и исследованиям. 1917- Начало экспериментов, завершившихся открытием искусственного превращения элементов. 1919- Появление в «Philosophical magazine» работы Резерфорда - «Аномальный эффект в азоте» (четвертой статьи из цикла «Столкновение альфа-ча стиц с легкими ядрами»). Открытие искусственного расщепления атомного ядра. - Вторая Бэйкерианская лекция - «Ядерная структура атомов». Предсказание возможного существова ния нейтрона, дейтерия, трития и гелия-3. Из коллекции www.eduspb.com Из коллекции www.eduspb.com

11 слайд

1921 - Начало сотрудничества и дружбы с П. Л. Капицей. 1923 - Президент Британской ассоциации, конгресс в Ливерпуле. 1925 -1930 - Президент Королевского общества. 1930 - Появление третьей книги Резерфорда, написанной в соавторстве с Дж. Чадвиком и Ч. Эллисом - «Излучения радиоактивных веществ». 1931 - Резерфорд получает титул барона и становится лордом Резерфордом оф Нельсон. 1932 - Резерфорд представляет Королевскому обществу Дж. Коккрофта и Э. Уолтона, проведших первую ядерную реакцию с ускоренными протонами. В том же заседании Дж. Чадвик докладывает об открытии нейтрона. 1933 - Открытие Монд- лаборатории. - Резерфорд - президент Академического совета помощи изгнанникам из гитлеровской Германии и других стран Европы. 1934 - Вместе с Маркусом Олифантом и П. Хартеком Резерфорд проводит первые ядерные реакции с тяжелым водородом. 1937- Последняя книга Резерфорда - популярная «Современная алхимия». 19 октября - Кончина Резерфорда. Из коллекции www.eduspb.com Из коллекции www.eduspb.com

Эрнест Резерфорд

Родился в Новой Зеландии. Сын фермера-скотовода. С 1895 г. работал в Кавендишской лаборатории. Был первым «заморским докторантом».

Участвовал в работах по исследованию катодных и рентгеновских лучей под руководством Дж. Дж. Томсона. Разработал «магнитный детектор электромагнитных волн».

С 1898 г. занялся исследованием радиоактивности. Установил заряд и массу частиц. Доказал (совместно с Ф. Содди), что в процессе радиоактивного распада появляется атом другого элемента. Установил закон радиоактивного распада.

В 1898 - 1907 г.г. работал в Монреале (Канада), в 1907 - 1919 г.г. - в Манчестерском университете (Великобритания). 1919 - 1937 г.г. - директор Кавендишской лаборатории.

Исследование частиц

Рассеяние -частиц пластинкой слюды

1909 г., Резерфорд, Марсден, Гейгер.

Установлено, что одна из примерно 8000 частиц рассеивается на угол, близкий к 180°.

Ганс Гейгер

Рассеяние частиц золотой фольгой

Резерфорд писал: “Это столь же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд вернулся бы к вам и нанес удар.”

Рассеяние частиц золотой фольгой

Вероятность такого «разворота» -частицы намного меньше 1/8000. Она практически равна нулю.

Рассеяние частиц золотой фольгой

Единственным

правдоподобным объяснением рассеяния -частиц на большие углы было наличие массивного, хотя и очень малого положительно заряженного тела внутри атома.

В конце 1910 года Резерфорд сказал Гейгеру: «Я знаю, как

выглядит атом».

В самом начале статьи в «Phylosophical Magazine» написано: «Вопрос об устойчивости атома рассматривать пока преждевременно»

И все-таки они вертятся?

Причины, по которым планетарный атом существовать не может:

- электроны движутся по замкнутым траекториям, следовательно, они движутся с ускорением;

- заряженные частицы, движущиеся с ускорением, должны излучать ЭМВ и поэтому терять энергию, а значит, и скорость;

- в результате электрон должен упасть на ядро.

6.4. Правило

квантования Бора - Зоммерфельда.

Что общего у атома и квантов?

Нильс Бор (1885 - 1962)

1. Для того, чтобы объяснить, как может существовать планетарный атом Резерфорда, Бор выдвинул смелое предположение о том, что свойство квантования, то есть дискретного изменения присуще не только квантам света - фотонам, но имеет более глубокий смысл.

2 . Он обратил внимание на то, что постоянная Планка h имеет размерность (в системе СИ, которой тогда не было, Дж·с), совпадающую с размерностью физической величины, называемой действием .

3. Бор предположил, что все физические величины должны изменяться так, что в ходе любых процессов действие должно быть равно целому числу постоянных Планка h.

4. Основываясь на предположении о квантовании (скачкообразном изменении) действия, Бор предположил, что при движении электрона по орбите вокруг положительного заряженного ядра выполняется условие

то есть квантуется действие электрона.

Правило квантования Бора - Зоммерфельда

Согласно Планку излучение света происходит порциями – квантами, энергия

которых равна h

E h .

Изменение энергии стоячей волны, возникающей в полости вокруг абсолютно чёрного тела также равно E h h .

Стоячие волны можно рассматривать, как линейные гармонические осцилляторы. Согласно Планку, из всех возможных состояний линейного гармонического осциллятора осуществляются только такие, энергия которых

«Строение атома» - Молекулы. Анри Беккерель. Доказал, что атом имеет плотное ядро. Дж. Джозеф Томсон. Уильям Крукс. Вещество. Атомы. Эрнест Резерфорд. В 1879 году открыл катодные лучи. Число протонов в атоме равно порядковому номеру. Основные сведения о строении атомов. Заряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

«Атом в физике» - Содержание. При переходе с орбиты на орбиту электрон излучает кванты. Постулаты Бора. Руководитель: Саркисян А.В. Второй постулат. В стационарном состоянии атом не излучает. Резерфорд известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. hv= IEn- EmI. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома.

«Строение ядра атома» - Обозначается - , имеет массу? 1а.е.м. и заряд равный заряду электрона. - Частицы ядро. 10 -12. Стеклянный экран, покрытый специальным веществом Радиоактивное вещество, излучающее - частицы. 2 - 4. 17. Модель атома резерфорда. Строение атома. Радиоактивное превращение атомных ядер. 16. 13 - 15.

«Атомное ядро» - Нейтрон, как теперь известно, на 0,1% тяжелее протона. Ядерные силы. Опыты Чедвика. Однако внутри стабильного ядра нейтроны связаны с протонами и самопроизвольно не распадаются. Модель ядра. Открытие строения ядра. Дж.Чедвик повторил эксперимент. 1932 г Иваненко и Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра.

«Применение фотоэффекта» - Применение вакуумных фотоэлементов в звуковом кино. Электронное пособие по физике. Работа выхода. История открытия и исследования фотоэффекта. Трудности волновой теории в объяснении фотоэффекта. ПРЕЗЕНТАЦИЯ

Слайд 1

Текст слайда:

Эрнест Резерфорд

Слайд 2

Текст слайда:

Слайд 3

Текст слайда:

Эрнест Резерфорд

Родился в семье колесного мастера Джеймса Резерфорда и его жены учительницы Марты Томпсон. Кроме Эрнеста в семье было еще 6 сыновей и 5 дочерей.

Слайд 4

Текст слайда:

Слайд 5

Текст слайда:

Одно из первых открытий Резерфорда заключалось в том, что радиоактивное излучение урана состоит из двух различных компонентов, которые ученый назвал альфа- и бета-лучи. Позже он продемонстрировал природу каждого компонента (они состоят из быстродвижущихся частиц) и показал, что существует еще
и третий компонент, который
назвал гамма-лучами.

Слайд 6

Текст слайда:

Но Резерфорд обнаружил, что некоторые альфа-частицы, проходя сквозь золотую фольгу, отклоняются очень сильно. Фактически некоторые вообще отлетают назад! Почувствовав, что за этим кроется нечто важное, ученый тщательно посчитал количество частиц, полетевших в каждом направлении. Затем путем сложного, но вполне убедительного математического анализа он показал единственный путь, которым можно было объяснить результаты экспериментов: атом золота состоял почти полностью из пустого пространства, а практически вся атомная масса была сконцентрирована в центре, в маленьком "ядре" атома!

Слайд 7

Слайд 8

Текст слайда:

Личность Резерфорда постоянно поражала всех, кто с ним встречался. Он был крупным человеком с громким голосом, беспредельной энергией и заметным недостатком скромности. Когда коллеги отмечали сверхъестественную способность Резерфорда всегда находиться "на гребне волны" научных исследований, он сразу отвечал: "А почему бы и нет? Ведь это я вызвал волну, не так ли?" Немногие ученые стали бы
возражать против этого
утверждения.