- •1. Предмет и задачи атомной физики, ее место среди других физических наук. Микромир. Масштабы. Экспериментальные данные о строении атома.
- •2. Сериальные закономерности в атомных спектрах, комбинационный принцип Ритца, термы. Классическая модель атома Томсона.
- •3. Элементы классической теории электромагнитного излучения.
- •4. Опыты Резерфорда. Ядерная модель атома. Вывод формулы Резерфорда для рассеяния a-частиц.
- •5. Следствия из опытов Резерфорда. Экспериментальная проверка формулы Резерфорда. Планетарная модель атома Резерфорда. Столкновение частиц. Сечение рассеяния.
- •6. Модель атома водорода по н.Бору. Теория н.Бора для атома водорода. Постулаты Бора.
- •7. Доказательство существования дискретной структуры энергетических уровней атомов.
- •8. Опыты Франка и Герца.
- •9. Спектральные серии водородоподобных атомов. Принцип соответствия. Недостатки теории Бора.
- •10. Частицы и волны. Корпускулярно-волновой дуализм. Волновая функция.
- •11. Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение на примере дифракции электронов, атомов, нейтронов.
- •12. Свойства волн де Бройля. Фазовая и групповая скорости волн де Бройля.
- •13. Опыты Девиссона – Джермера и Томсона.
- •14. Волновой пакет. Статистический характер связи корпускулярных и волновых свойств.
- •15. Основы квантовой механики. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Принцип суперпозиции. Операторы физических величин. Собственные значения и собственные функции операторов.
- •17. Волновое уравнение Клейна – Гордона.
- •18. Временное и стационарное уравнения Шредингера.
- •19. Основы квантово-механического представления о строении атома.
- •20. Уравнение Шредингера для атома водорода. Физический смысл квантовых чисел. Правила отбора.
- •22. Атомы щелочных металлов. Спектры атомов щелочных металлов. Серии в спектрах щелочных металлов и их происхождение. Закон Мозли.
- •23. Гипотеза Уленбека и Гаудсмита. Спин электрона.
- •24. Принцип Паули и заполнение атомных состояний электронами. Атомные оболочки и подоболочки. Электронная конфигурация. Объяснение периодических свойств и строения системы элементов д.Менделеева
- •25. Магнитные свойства атомов. Орбитальный, механический и магнитный моменты электрона. Магнетон Бора.
- •26. Полный магнитный момент одноэлектронного атома. Гиромагнитное отношение для орбитальных моментов. Энергия атома в магнитном поле.
- •27. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение.
- •27. Серии в спектре характеристического излучения и его особенности. Прохождение рентгеновских лучей через вещество. Детекторы для контроля рентгеновского излучения.
- •28. Применение рентгеновских лучей
5. Следствия из опытов Резерфорда. Экспериментальная проверка формулы Резерфорда. Планетарная модель атома Резерфорда. Столкновение частиц. Сечение рассеяния.
Планетарная модель.
В первой атомной теории Дальтона предполагалось, что мир состоит из определенного числа атомов — элементарных кирпичиков — с характерными свойствами, вечными и неизменными.
Эти представления решительно изменились после открытия электрона. Все атомы должны содержать электроны. Но как электроны в них расположены? Физики могли лишь философствовать, исходя из своих познаний в области классической физики, и постепенно все точки зрения сошлись на одной модели, предложенной Дж.Дж. Томсоном. Согласно этой модели, атом состоит из положительно заряженного вещества, внутрь которого вкраплены электроны Эти представления решительно изменились после открытия электрона. Все атомы должны содержать электроны. Но как электроны в них расположены? Физики могли лишь философствовать, исходя из своих познаний в области классической физики, и постепенно все точки зрения сошлись на одной модели, предложенной Дж.Дж. Томсоном. Согласно этой модели, атом состоит из положительно заряженного вещества, внутрь которого вкраплены электроны
В 1911 году Резерфорд пришел к убеждению, что результаты опытов по рассеянию альфа-частиц золотой фольгой можно объяснить, только предположив, что альфа-частицы проходят на весьма малом расстоянии от других положительно заряженных частиц с размерами, много меньшими размеров атомов. Атом золота должен состоять из малого положительного заряженного ядра и окружающих его электронов. Это было рождением идеи об атомном ядре и новой отрасли физики — ядерной физики.
Результаты опытов, которые привели Резерфорда к мысли о планетарном строении атома
Что же удерживает электрон от падения на массивное ядро? Конечно, быстрое вращение вокруг него. Но в процессе вращения с ускорением в поле ядра электрон должен часть своей энергии излучать во все стороны и, постепенно тормозясь, все же упасть на ядро. Эта мысль не давала покоя авторам планетарной модели атома. Очередное препятствие на пути новой физической модели, казалось, должно было разрушить всю с таким трудом построенную и доказанную четкими опытами картину атомной структуры...
Сечение рассеяния.
Рассеяние частиц ядрами происходит из-за их кулоновского отталкивания. Поэтому ясно, что рассеиваться будут не только те частицы, прицельный параметр которых меньше радиуса ядра. Предположив, что почти вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре, имеющим ничтожно малые размеры, Резерфорд получил выражение для дифференциального сечения рассеяния α-частиц атомными ядрами: ds/dW = (Qe/2vp)2/(sin(j/2) )4, получившее название формулы Резерфорда. Здесь Q - заряд ядра, v, p - скорость и импульс a-частицы, j - угол рассеяния, ds - дифференциальное сечение рассеяния, имеющее размерность площади, dW - телесный угол в котором наблюдается рассеяние. Расчётное сечение оказалось прекрасно совпадающим с опытными данными, если абсолютную величину заряда считать равной Ze, где Z-атомный номер элемента.