|
Выберите, пожалуйста, |
Описание программы respoln
Тема: Модель опыта Резерфорда на макроуровне.
(демонстрационный вариант)
Методические рекомендации для учителя по применению программы respoln.
Программа respoln.exe может помочь преподавателю при объяснении
учебного материала, связанного с классическим опытом Резерфорда. Ее ак-
туальность заключается в том, что показать учащимся модель опыта Ре-
зерфорда в настоящее время становится все труднее - учебный фильмофонд
беднеет, не пополняясь учебными фильмами, модельные опыты требуют опре-
деленного мастерства и оборудования, которого в школьных физических
кабинетах становится все меньше и меньше. Достоинством программы res-
poln является также возможность менять условия опыта (что не выполнимо
при применении кинофильма), а также реализация условной статистики,не-
возможной в модельном опыте.
Перед использованием программы рассказываем ученикам, что в опыте
Резерфорда использовались частицы, вылетающие из радиоактивного препа-
рата со скоростью порядка десятков тысяч километров в секунду. Они
имеют положительный заряд, массу в 4 раза большую, чем масса атома во-
дорода и называются альфа-частицами.
После запуска на мониторе видно условное изображение альфа-частиц и
их источника(в левой части картинки), а также люминисцентного экрана и
микроскопа (справа). Можно наблюдать, что попадание альфа-частиц вызы-
вает вспышку на люминисцентном экране (здесь же появляется метка, ука-
зывающая место попадания частицы), что расположение таких меток - слу-
чайно, но не выходит за пределы участка, который ограничен сечением
пучка летящих частиц. На все эти особенности следует обратить внимание
учеников.
Когда дети освоят предложенный вариант схемы установки, учитель
объяснит, что Резерфорд ввел еще одну деталь: на пути альфа-частиц бы-
ла поставлена тонкая золотая фольга. Для показа этого на экране следу-
ет нажать пробел. Программа спросит, какой толщины фольгу мы желаем
использовать ?
Набрав соответствующее число, наблюдаем, что теперь ситуация изме-
нилась. Если применена тонкая фольга, то для большинства частиц ничего
не изменилось: они пронизывают фольгу и дают вспышки на люминисцирую-
щем экране в пределах того же участка, что и раньше. Однако, некоторые
частицы отклоняются от прямолинейной траектории. Еще меньшее число
частиц испытывают настолько сильное отклонения, что оставляют метки за
пределами площади, ограниченной сечением первоначального пучка аль-
фа-частиц. Отдельные частицы даже отражаются фольгой (то есть испыты-
вают отклонение на угол больше 90 градусов). Наконец, очень редко, но
все же можно наблюдать и такой случай, когда происходит отброс назад
(то есть частица, в результате взаимодействия с фольгой, меняет нап-
равление своей скорости на 180-). Все эти особенности наглядно отобра-
жаются на экране, в левой нижней части которого ведется подсчет коли-
чества взаимодействий каждого типа.
Учитель должен обратить внимание учеников на тот факт, что они наб-
людают не более как м о д е л ь опыта Резерфорда, заведомо упрощенную
и огрубленную. Главная неточность этой модели в том, что число частиц,
испытавших отклонение в результате взаимодействия с фольгой, на самом
деле составляет не проценты от общего их количества, как на модели, а
тысячные доли процента; лишь одна из каждых 50 000 наблюдавшихся Резер-
фордом частиц изменяла направление своего движения. Кроме того, в ре-
альном опыте использовался более мощный источник радиоактивности, неп-
рерывно испускавший множество альфа-частиц.
Далее необходимо интерпретировать результаты опыта.Из факта отброса
альфа-частицы назад следует, что в фольге они встречают нечто, имеющее
положительный заряд (ведь отталкиваются лишь одноименные заряды !).
Измерение скорости отброшенных частиц показало, что ее величина при-
мерно равна той, которая была перед ударом.А такой результат, как это
известно из механики, бывает тогда, когда происходит столкновение с
очень большой массой. Более точный расчет, произведенный Резерфордом,
показал, что масса того объекта, от которого отскакивала альфа-части-
ца, равна практически массе атома золота. Малая вероятность взаимо-
действия с такими объектами указывает на небольшие его размеры (боль-
шинство частиц пролетает мимо!). Об этом же говорят и большие углы
отклонения альфа-частиц, которым "посчастливилось" встретить его -
ведь только чрезвычайно сконцентрированный заряд способен вызвать рез-
кое изменение направления частицы, летящей со скоростью, лишь на поря-
док меньшей, чем скорость света. Количественно рассмотрение показало,
что размер объектов, вызвавших отклонение частиц и названных ядрами
атомов, в 100 000 раз меньше размеров атома.Так Резерфорд пришел к
представлению о том, что в центре любого атома находится крошечных
размеров ядро, имеющее положительный заряд и сосредоточивающем почти
всю массу атома. Поскольку атом в целом нейтрален, то в нем должен су-
ществовать отрицательный заряд, по величине равный заряду ядра. Резер-
форд предположил, что носителями такого заряда являются электроны,
вращающиеся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Такое представле-
ние об атоме получило название "планетарная модель атома".
Для изменения толщины фольги надо нажать пробел. Можно видеть, что
при большей толщине альфа-частицы не в состоянии проникнуть сквозь
нее, поскольку теперь частица встречает много слоев атомов, и вероят-
ность многократного взаимодействия с ними резко возрастает. Теряя
энергию на такие взаимодействия, частица поглощается фольгой. Лишь
очень небольшое число частиц, испытавших центральный (или почти цент-
ральный) удар о ядро одного из атомов поверхности фольги, окажется
отброшены от золота.
Пронаблюдать, как происходит взаимодействие альфа-частицы с отдель-
ным ядром можно, используя программу resj.bas.Запустив ее, наблюда-
ем,что частица, пролетая вдалеке от ядра, испытывает незначительное
отклонение. Чем ближе к ядру пролегает траектория, тем сильнее ее иск-
ривление. Частица, первоначальная скорость которой направлена к центру
ядра (что крайне маловероятно и потому происходит чрезвычайно ред-
ко),окажется отброшена назад.
Для выхода из программ в DOS нажимайте q.
|