Урок № 59-169 Строение атома: планетарная модель и модель Бора. Квантовые постулаты Бора. Принцип действия и использование лазера. Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц.

Атомная и ядерная физика - раздел физики, изучающий строение атома и атомного ядра и процессы, связанные с ними.

Опыт Резерфорда (1906 г.)

Резерфорд «бомбардировал» α-частицами золотую фольгу и наблюдал за свечением эк­рана

α -частица - ядра Не; V_α = 20 000 км/с; m_α = 8000 m_e

При попадании α -частицы на экран возникает свече­ние люминесцентного слоя

Наблюдения из опыта:

- большинство α -частиц пролетает сквозь фольгу не отклоняясь

- небольшое кол-во α -частиц отклоняется на небольшие углы

- есть α -частицы, отклоняющиеся от фольги на углы более 90°

Выводы из опыта:

Вся масса атома сконцентрирована в очень малой области пространства - в атомном ядре (d_я ≈ 10^-12 - 10^-13 см), ко­торое содержит весь положительный заряд атома. Вокруг ядра подобно пла­нете обращается электрон

Планетарная модель атома → → → → → →

Постулаты Бора: 1. Атом может находиться в особых квантовых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует своя определенная энергия. В этих состояниях атом не излучает (и не поглощает) энергию.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое он по­глощает (или излучает) фотон с энергией hν_n = Е_к - Е_n

Е_к, Е_n — энер­гии стационарных состояний

поглощение

излучение

Таким образом квантовая теория объясняет линейчатость спектров

Модель атома водорода по Бору

Лазеры. Слово «лазер» переводится с английского как «усиление света в результате вынужденного (индуцированного) излучения».

Путем внешнего освещения возбужденные электроны из состоя­ний Е₂ и Е₃ переходят в состояние Е₁, которое является рабочим со­стоянием лазера. Лазерное излучение может быть различного цвета.

Рубиновый лазер генерирует пучок фотонов (λ= 694 нм) рубиново-красного света.

Устройство рубинового лазера

Рубиновый стержень лазера - это цилиндр, торцы которого отпо­лированы и покрыты слоем серебра таким образом, что один торец полностью отражает свет, а другой - частично отражает, а частично пропускает.

При вспышке лампы накаливания на рубиновый стержень падают фотоны различной частоты. В стержне возникают колебания. Атомы, поглотив часть фотонов, переходят в возбужденное состояние.

Возникает вынужденное излучение, которое распространяется строго вдоль оси стержня и усиливается при многократном отраже­нии от зеркал. В результате возникает мощное

монохроматическое излучение - пучок света, часть которого выходит через полупро­зрачное зеркало. Длительность излучения пучка – 10 ^-3 с.

Свойства лазерного излучения

1. Малый угол расхождения пучка света.

2. Исключительная монохроматичность.

3. Самый мощный источник света 10¹⁴ Вт/с, Солнце - 7-10³ Вт/с.

4. КПД-около 1%.

МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ

Счетчик Гейгера - действие основано на ударной ионизации газа;

фиксирует только факт пролета частицы

Камера Вильсона - используется пересыщенный пар; фиксируется

траектория полета заряженной частицы, вдоль ко­торой возникают ионы, на которых конденсируют­ся капельки жидкости

Пузырьковая камера - используется перегретая жидкость; фиксирует траекторию движения частицы, вдоль которой образу­ются пузырьки при закипании жидкости

Толстослойная фотоэмульсия - образование скрытого изображения траектории, которое появляется при проявлении фотоэмульсии­

http://landing.megapost.info/phisic/