Element dyspersji i doświadczenia cząsteczkowego. Eksperyment Rutherforda z rozpraszaniem cząstek alfa (krótko)

Wstęp

Atomy, pierwotnie uważane za niepodzielne, są złożonymi systemami. Mają masywne jądro protonów i neutronów, wokół których elektrony poruszają się w pustej przestrzeni. Atomy są bardzo małe – ich wymiary wynoszą około 10 –10 –10 –9 m, a wymiary jądra są wciąż około 100 000 razy mniejsze (10 –15 –10 –14 m). Dlatego atomy można „zobaczyć” jedynie pośrednio, na obrazie przy bardzo dużym powiększeniu (na przykład za pomocą projektora polowego). Ale nawet w tym przypadku atomów nie można zobaczyć szczegółowo. Nasza wiedza na temat ich wewnętrznej struktury opiera się na ogromnej ilości danych eksperymentalnych, które pośrednio, ale przekonująco potwierdzają powyższe. Poglądy na temat budowy atomu zmieniły się radykalnie w XX wieku. pod wpływem nowych pomysłów teoretycznych i danych eksperymentalnych. Wciąż pozostają nierozwiązane kwestie opisu budowy wewnętrznej jądra atomowego, które są przedmiotem intensywnych badań. W poniższych sekcjach przedstawiono historię rozwoju idei dotyczących budowy atomu jako całości; Odrębny artykuł poświęcony jest budowie jądra (ATOMOWA STRUKTURA JĄDROWA), ponieważ idee te rozwinęły się w dużej mierze niezależnie. Energia potrzebna do badania zewnętrznych powłok atomu jest stosunkowo niewielka, rzędu energii cieplnej lub chemicznej. Z tego powodu elektrony odkryto eksperymentalnie na długo przed odkryciem jądra. Jądro, pomimo swoich niewielkich rozmiarów, jest bardzo silnie związane, dlatego można je zniszczyć i zbadać jedynie za pomocą sił miliony razy silniejszych niż siły działające pomiędzy atomami. Szybki postęp w zrozumieniu wewnętrznej struktury jądra rozpoczął się dopiero wraz z pojawieniem się akceleratorów cząstek. To właśnie ta ogromna różnica w wielkości i energii wiązania pozwala nam rozpatrywać strukturę atomu jako całości oddzielnie od struktury jądra. Aby zorientować się w wielkości atomu i pustej przestrzeni, jaką zajmuje, rozważ atomy tworzące kroplę wody o średnicy 1 mm. Jeśli mentalnie powiększysz tę kroplę do rozmiarów Ziemi, wówczas atomy wodoru i tlenu zawarte w cząsteczce wody będą miały średnicę 1–2 m. Większość masy każdego atomu jest skoncentrowana w jego rdzeniu, średnica z czego tylko 0,01 mm.

Głównym elementem

I. Ewolucja poglądów na temat budowy atomów

Odkrycie złożonej budowy atomu jest najważniejszym etapem rozwoju współczesnej fizyki. W procesie tworzenia ilościowej teorii budowy atomu, która umożliwiła wyjaśnienie układów atomowych, zrodziły się nowe koncepcje dotyczące właściwości mikrocząstek, które opisuje mechanika kwantowa.

Jak wspomniano powyżej, idea atomów jako niepodzielnych najmniejszych cząstek substancji powstała w czasach starożytnych (Demokryt, Epikur, Lukrecjusz). W średniowieczu doktryna o atomach, będąc materialistyczna, nie zyskała uznania. Do początków XVIII wieku. teoria atomowa zyskuje coraz większą popularność. Do tego czasu prace francuskiego chemika A. Lavoisiera (1743–1794), wielkiego rosyjskiego naukowca M.V. Łomonosow oraz angielski chemik i fizyk D. Dalton (1766–1844) udowodnili realność istnienia atomów. Jednak w tym czasie kwestia wewnętrznej struktury atomów nawet nie powstała, ponieważ atomy uważano za niepodzielne.

Główną rolę w rozwoju teorii atomowej odegrał wybitny rosyjski chemik D.I. Mendelejewa, który w 1869 roku opracował okresowy układ pierwiastków, w którym po raz pierwszy podniesiono na gruncie naukowym kwestię jednolitej natury atomów. W drugiej połowie XIX w. Udowodniono eksperymentalnie, że elektron jest jedną z głównych części każdej substancji. Wnioski te, a także liczne dane eksperymentalne, doprowadziły do tego, że na początku XX wieku. Poważnie pojawiła się kwestia budowy atomu.

Istnienie naturalnego połączenia wszystkich pierwiastków chemicznych, wyraźnie wyrażone w układzie okresowym Mendelejewa, sugeruje, że budowa wszystkich atomów opiera się na wspólnej właściwości: wszystkie są ze sobą ściśle powiązane.

Jednak do końca XIX w. W chemii dominowało metafizyczne przekonanie, że atom jest najmniejszą cząstką prostej materii, ostateczną granicą podzielności materii. Podczas wszystkich przemian chemicznych tylko cząsteczki ulegają zniszczeniu i utworzeniu na nowo, natomiast atomy pozostają niezmienione i nie można ich rozdzielić na mniejsze części.

Przez długi czas różne założenia dotyczące budowy atomu nie znajdowały potwierdzenia w żadnych danych eksperymentalnych. Dopiero pod koniec XIX w. dokonano odkryć, które ukazały złożoność budowy atomu i możliwość przekształcenia niektórych atomów w inne w określonych warunkach. Na podstawie tych odkryć zaczęła się szybko rozwijać doktryna budowy atomu.

Pierwsze pośrednie dowody na złożoną strukturę atomów uzyskano z badania promieni katodowych wytwarzanych podczas wyładowania elektrycznego w wysoko rozrzedzonych gazach. Badanie właściwości tych promieni doprowadziło do wniosku, że są one strumieniem maleńkich cząstek przenoszących ujemny ładunek elektryczny i poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Stosując specjalne techniki, udało się wyznaczyć masę cząstek katodowych i wielkość ich ładunku oraz stwierdzić, że nie zależą one ani od rodzaju gazu pozostającego w rurze, ani od substancji, z której wykonane są elektrody. są wykonane, lub w innych warunkach doświadczalnych. Co więcej, cząstki katodowe znane są tylko w stanie naładowanym i nie można ich pozbawić ładunku i przekształcić w cząstki elektrycznie obojętne: ładunek elektryczny jest istotą ich natury. Cząstki te, zwane elektronami, odkrył w 1897 roku angielski fizyk J. Thomson.

Badania nad budową atomu rozpoczęły się praktycznie w latach 1897–1898, po ostatecznym ustaleniu natury promieni katodowych jako strumienia elektronów oraz określeniu ładunku i masy elektronu. Thomson zaproponował pierwszy model atomu, przedstawiając atom jako skupisko materii o dodatnim ładunku elektrycznym, w którym przeplata się tak wiele elektronów, że zamienia się to w formację elektrycznie obojętną. W modelu tym założono, że pod wpływem wpływów zewnętrznych elektrony mogą oscylować, czyli poruszać się z przyspieszoną prędkością. Wydaje się, że pozwoliło to odpowiedzieć na pytania dotyczące emisji światła przez atomy materii i promieni gamma przez atomy substancji radioaktywnych.

Model atomu Thomsona nie zakładał dodatnio naładowanych cząstek wewnątrz atomu. Jak jednak wytłumaczyć emisję dodatnio naładowanych cząstek alfa przez substancje radioaktywne? Model atomu Thomsona nie dał odpowiedzi na inne pytania.

W 1911 roku angielski fizyk E. Rutherford, badając ruch cząstek alfa w gazach i innych substancjach, odkrył dodatnio naładowaną część atomu. Dalsze, dokładniejsze badania wykazały, że gdy wiązka promieni równoległych przechodzi przez warstwy gazu lub cienką metalową płytkę, nie pojawiają się już promienie równoległe, ale nieco rozbieżne: cząstki alfa ulegają rozproszeniu, tj. odchylają się od pierwotnej ścieżki. Kąty odchylenia są małe, ale zawsze istnieje niewielka liczba cząstek (około jednej na kilka tysięcy), które są odchylane bardzo silnie. Część cząstek zostaje odrzucona, jakby napotkała nieprzeniknioną barierę. To nie są elektrony - ich masa jest znacznie mniejsza niż masa cząstek alfa. Odchylenie może wystąpić podczas zderzenia z cząstkami dodatnimi, których masa jest tego samego rzędu co masa cząstek alfa. Na podstawie tych rozważań Rutherford zaproponował następujący schemat budowy atomu.

W centrum atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, wokół którego elektrony krążą po różnych orbitach. Siła odśrodkowa powstająca podczas ich obrotu jest równoważona przez przyciąganie pomiędzy jądrem a elektronami, w wyniku czego pozostają one w pewnych odległościach od jądra. Ponieważ masa elektronu jest znikoma, prawie cała masa atomu skupia się w jego jądrze. Udział jądra i elektronów, których liczba jest stosunkowo niewielka, stanowi jedynie niewielką część całkowitej przestrzeni zajmowanej przez układ atomowy.

Zaproponowany przez Rutherforda diagram budowy atomu, czyli, jak zwykle mówią, planetarny model atomu, z łatwością wyjaśnia zjawiska odchylania cząstek alfa. Rzeczywiście, rozmiar jądra i elektronów jest niezwykle mały w porównaniu z rozmiarem całego atomu, który jest określony przez orbity elektronów znajdujących się najdalej od jądra, więc większość cząstek alfa przelatuje przez atomy bez zauważalnego odchylenia. Tylko w przypadkach, gdy cząstka alfa zbliża się bardzo blisko jądra, odpychanie elektryczne powoduje, że gwałtownie zbacza z pierwotnej ścieżki. W ten sposób badanie rozpraszania cząstek alfa położyło podwaliny pod nuklearną teorię atomu.

II. Postulaty Bohra

Planetarny model atomu pozwolił wyjaśnić wyniki eksperymentów dotyczących rozpraszania cząstek alfa materii, pojawiły się jednak zasadnicze trudności w uzasadnieniu stabilności atomów. Pierwszą próbę skonstruowania jakościowo nowej – kwantowej – teorii atomu podjął w 1913 roku Niels Bohr. Postawił sobie za cel połączenie w jedną całość empirycznych praw widm liniowych, jądrowego modelu atomu Rutherforda oraz kwantowej natury emisji i absorpcji światła. Bohr oparł swoją teorię na modelu nuklearnym Rutherforda. Zasugerował, że elektrony poruszają się wokół jądra po orbitach kołowych. Ruch po okręgu, nawet ze stałą prędkością, ma przyspieszenie. Ten przyspieszony ruch ładunku jest odpowiednikiem prądu przemiennego, który wytwarza zmienne pole elektromagnetyczne w przestrzeni. Do wytworzenia tego pola zużywana jest energia. Energia pola może powstać dzięki energii oddziaływania kulombowskiego elektronu z jądrem. W rezultacie elektron musi poruszać się po spirali i opadać na jądro. Jednak doświadczenie pokazuje, że atomy są formacjami bardzo stabilnymi. Wynika z tego, że wyników elektrodynamiki klasycznej, opartej na równaniach Maxwella, nie można zastosować do procesów wewnątrzatomowych. Konieczne jest znalezienie nowych wzorców. Bohr oparł swoją teorię atomu na następujących postulatach.

Pierwszy postulat Bohra(postulat stanów stacjonarnych): w atomie występują stany stacjonarne (nie zmieniające się w czasie), w których nie emituje on energii. Stany stacjonarne atomu odpowiadają stacjonarnym orbitom, po których poruszają się elektrony. Ruchowi elektronów po orbitach stacjonarnych nie towarzyszy emisja fal elektromagnetycznych. Postulat ten stoi w sprzeczności z teorią klasyczną. W stanie stacjonarnym atomu elektron poruszający się po orbicie kołowej musi mieć dyskretne kwantowe wartości momentu pędu.

Drugi postulat Bohra(reguła częstotliwości): gdy elektron przemieszcza się z jednej orbity stacjonarnej na drugą, emitowany jest (absorbowany) jeden foton o energii

równa różnicy energii odpowiednich stanów stacjonarnych (odpowiednio En i Em są energiami stanów stacjonarnych atomu przed i po promieniowaniu/absorpcji). Przejście elektronu z orbity stacjonarnej m na orbitę stacjonarną N odpowiada przejściu atomu ze stanu posiadającego energię Em w stan o energii En (rys. 1).

Ryc.1. Do wyjaśnienia postulatów Bohra

đEn>Em następuje emisja fotonów (przejście atomu ze stanu o wyższej energii do stanu o niższej energii, czyli przejście elektronu z orbity bardziej odległej od jądra na bliższą), w En<Еm – его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот przejścia kwantowe i wyznacza widmo liniowe atomu. Teoria Bohra znakomicie wyjaśniła obserwowane eksperymentalnie widmo liniowe wodoru. Sukcesy teorii atomu wodoru osiągnięto kosztem porzucenia podstawowych zasad mechaniki klasycznej, która obowiązuje bezwarunkowo od ponad 200 lat. Dlatego ogromne znaczenie miał bezpośredni eksperymentalny dowód słuszności postulatów Bohra, zwłaszcza pierwszego – o istnieniu stanów stacjonarnych. Drugi postulat można rozpatrywać jako konsekwencję prawa zachowania energii i hipotezy o istnieniu fotonów. Niemieccy fizycy D. Frank i G. Hertz badając zderzenia elektronów z atomami gazu metodą potencjału opóźniającego (1913) potwierdzili eksperymentalnie istnienie stanów stacjonarnych i dyskretność wartości energii atomowej. Pomimo niewątpliwego sukcesu koncepcji Bohra w odniesieniu do atomu wodoru, dla którego okazało się możliwe zbudowanie ilościowej teorii widma, nie udało się na tej podstawie stworzyć podobnej teorii dla atomu helu obok wodoru pomysłów Bohra. Jeśli chodzi o atom helu i atomy bardziej złożone, teoria Bohra pozwoliła nam wyciągnąć jedynie wnioski jakościowe (aczkolwiek bardzo ważne). Idea pewnych orbit, po których porusza się elektron w atomie Bohra, okazała się bardzo warunkowa. Tak naprawdę ruch elektronów w atomie ma niewiele wspólnego z ruchem planet na orbicie. Obecnie za pomocą mechaniki kwantowej można odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących budowy i właściwości atomów dowolnych pierwiastków.

III. Budowa jądra atomowego

Budowa jądra atomowego

Poziom nukleonu

Około 20 lat po tym, jak Rutherford „odkrył” jego jądro w głębi atomu, odkryto neutron – cząstkę we wszystkich swoich właściwościach identyczną z jądrem atomu wodoru – proton, ale tylko bez ładunku elektrycznego. Neutron okazał się niezwykle wygodny do badania wnętrza jąder. Ponieważ jest elektrycznie obojętny, pole elektryczne jądra go nie odpycha - w związku z tym nawet wolne neutrony mogą z łatwością zbliżyć się do jądra na odległości, na których zaczynają się manifestować siły jądrowe. Po odkryciu neutronu fizyka mikroświata posunęła się do przodu skokowo.

Wkrótce po odkryciu neutronu dwóch fizyków teoretycznych – Niemiec Werner Heisenberg i Związek Radziecki Dmitrij Iwanenko – postawiło hipotezę, że jądro atomowe składa się z neutronów i protonów. Na tym opiera się współczesne rozumienie budowy jądra.

Protony i neutrony łączy się słowem nukleon. Protony to cząstki elementarne będące jądrami atomów najlżejszego pierwiastka chemicznego – wodoru. Liczba protonów w jądrze jest równa liczbie atomowej pierwiastka w układzie okresowym i jest oznaczona Z (liczba neutronów - N). Proton ma dodatni ładunek elektryczny, równy wartości bezwzględnej elementarnemu ładunkowi elektrycznemu. Jest około 1836 razy cięższy od elektronu. Proton składa się z dwóch kwarków górnych o ładunku Q = + 2/3 i jednego kwarku d o Q = – 1/3, połączonych polem gluonowym. Ma ostateczne wymiary rzędu 10-15 m, choć nie można go sobie wyobrazić jako bryłową kulę, przypomina raczej chmurę o zamazanej granicy, złożoną z tworzonych i unicestwianych cząstek wirtualnych.

Ładunek elektryczny neutronu wynosi 0, a jego masa wynosi około 940 MeV. Neutron składa się z jednego kwarku u i dwóch kwarków d. Cząstka ta jest stabilna jedynie w składzie stabilnych jąder atomowych, wolny neutron rozpada się na elektron, proton i antyneutrino elektronowe. Okres półtrwania neutronu (czas potrzebny do rozpadu połowy pierwotnej liczby neutronów) wynosi około 12 minut. W materii neutrony istnieją w postaci wolnej jeszcze krócej ze względu na ich silną absorpcję przez jądra. Podobnie jak proton, neutron uczestniczy we wszelkiego rodzaju oddziaływaniach, w tym elektromagnetycznych: przy ogólnej neutralności, ze względu na złożoną strukturę wewnętrzną, istnieją w nim prądy elektryczne.

W jądrze nukleony są powiązane specjalnym rodzajem siły - jądrową. Jedną z ich charakterystycznych cech jest krótkotrwałe działanie: w odległościach rzędu 10-15 m lub mniejszych przekraczają wszelkie inne siły, w wyniku czego nukleony nie rozpadają się pod wpływem odpychania elektrostatycznego podobnie naładowanych protonów . Na dużych odległościach siły nuklearne bardzo szybko spadają do zera.

Mechanizm działania sił jądrowych opiera się na tej samej zasadzie, co sił elektromagnetycznych - na wymianie oddziałujących obiektów z cząstkami wirtualnymi.

Cząstki wirtualne w teorii kwantowej to cząstki, które mają te same liczby kwantowe (spin, ładunki elektryczne i barionowe itp.), co odpowiadające im cząstki rzeczywiste, ale w przypadku których nie zachodzi zwykła zależność między energią, pędem i masą.

IV. Eksperymenty Rutherforda

W polu magnetycznym strumień promieniowania radioaktywnego rozkłada się na 3 składniki: promienie alfa, promienie beta i promienie gamma.

Zjawisko radioaktywności wskazywało na złożoną budowę atomu

Wniosek

Podsumowując, dochodzimy do wniosku, że koncepcja Rutherforda-Bohra to już coś więcej niż cząstki prawdy absolutnej, choć dalszy rozwój fizyki ujawnił wiele błędów w tej koncepcji. Jeszcze większa część absolutnie poprawnej wiedzy zawarta jest w kwantowo-mechanicznej teorii atomu.

Odkrycie złożonej budowy atomu było ważnym wydarzeniem w fizyce, ponieważ obalone zostały idee fizyki klasycznej o atomach jako stałych i niepodzielnych jednostkach strukturalnych materii

Lasery

W oparciu o kwantową teorię promieniowania zbudowano kwantowe generatory fal radiowych i kwantowe generatory światła widzialnego – lasery. Lasery wytwarzają spójne promieniowanie o bardzo dużej mocy. Promieniowanie laserowe ma bardzo szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach nauki i techniki, np. do komunikacji w przestrzeni kosmicznej, do zapisywania i przechowywania informacji (dyski laserowe) oraz spawania, w medycynie.

Widma

Teoria Bohra umożliwiła wyjaśnienie istnienia widm liniowych.
Wzór (1) daje jakościowe wyobrażenie o tym, dlaczego widma emisji atomowej i absorpcji są wyrównane. W rzeczywistości atom może emitować fale tylko o tych częstotliwościach, które odpowiadają różnicom wartości energii mi 1 , mi 2 , . . . , En ,. . Dlatego widmo emisyjne atomów składa się z oddzielnie rozmieszczonych ostrych, jasnych linii. Jednocześnie atom może zaabsorbować nie żaden foton, a tylko jeden z energią hν co jest dokładnie równe różnicy En − E k jakieś dwie dozwolone wartości energii En I E k. Przejście na wyższy stan energetyczny En, atomy absorbują dokładnie te same fotony, które są w stanie wyemitować podczas odwrotnego przejścia do stanu pierwotnego E k. Mówiąc najprościej, atomy pobierają z widma ciągłego te linie, które same emitują; Dlatego ciemne linie widma absorpcyjnego zimnego gazu atomowego znajdują się dokładnie w tych miejscach, w których znajdują się jasne linie widma emisyjnego tego samego gazu w stanie ogrzanym.

Widmo ciągłe Widmo emisji wodoru Widmo absorpcji wodoru

Słowo „atom” przetłumaczone z języka greckiego oznacza „niepodzielny”. Przez długi czas, aż do początków XX wieku, atom oznaczał najmniejsze, niepodzielne cząstki materii. Na początku XX wieku. Nauka zgromadziła wiele faktów wskazujących na złożoną strukturę atomów.

Duży postęp w badaniu budowy atomów osiągnięto w eksperymentach angielskiego naukowca Ernesta Rutherforda nad rozpraszaniem cząstek alfa podczas przechodzenia przez cienkie warstwy materii. W tych eksperymentach wąską wiązkę cząstek α emitowanych przez substancję radioaktywną skierowano na cienką złotą folię. Za folią umieszczono ekran, który może świecić pod wpływem szybkich cząstek. Stwierdzono, że większość cząstek α po przejściu przez folię odbiega od propagacji prostoliniowej, to znaczy ulega rozproszeniu, a część cząstek α jest generalnie odrzucana. Rutherford wyjaśnił rozpraszanie cząstek α faktem, że ładunek dodatni nie jest równomiernie rozłożony w kuli o promieniu 10-10 m, jak wcześniej zakładano, ale jest skoncentrowany w centralnej części atomu - jądrze atomowym. Przechodząc w pobliżu jądra, cząstka a posiadająca ładunek dodatni jest od niej odpychana, a gdy uderzy w jądro, zostaje odrzucona w przeciwnym kierunku. Tak zachowują się cząstki posiadające ten sam ładunek, zatem istnieje centralna, dodatnio naładowana część atomu, w której skupia się znaczna masa atomu. Obliczenia wykazały, że do wyjaśnienia eksperymentów należy przyjąć promień jądra atomowego na około 10 -15 m.

Rutherford zasugerował, że atom ma budowę przypominającą układ planetarny. Istota modelu budowy atomu Rutherforda jest następująca: w środku atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, w którym skoncentrowana jest cała masa; elektrony krążą wokół jądra po orbitach kołowych w dużych odległościach (jak planety wokół Słońca). Ładunek jądra pokrywa się z numerem pierwiastka chemicznego w układzie okresowym.

h jest stałą Plancka.

1. Słowo „atom” przetłumaczone z języka greckiego oznacza „niepodzielny”. Przez długi czas, aż do początków XX wieku, atom oznaczał najmniejsze, niepodzielne cząstki materii. Na początku XX wieku. Nauka zgromadziła wiele faktów wskazujących na złożoną strukturę atomów.

Wielki postęp w badaniu struktury atomów osiągnięto w eksperymentach angielskiego naukowca Ernesta Rutherforda nad rozpraszaniem cząstek alfa podczas przechodzenia przez cienkie warstwy materii. W tych eksperymentach wąską wiązkę cząstek alfa emitowanych przez substancję radioaktywną skierowano na cienką złotą folię. Za folią umieszczono ekran, który może świecić pod wpływem szybkich cząstek. Stwierdzono, że większość cząstek α po przejściu przez folię odbiega od propagacji prostoliniowej, tj. ulega rozproszeniu, a część cząstek α jest generalnie odrzucana. Rutherford wyjaśnił rozpraszanie cząstek alfa faktem, że ładunek dodatni nie jest równomiernie rozłożony w kuli o promieniu 10^~10 m, jak wcześniej zakładano, ale jest skoncentrowany w centralnej części atomu - jądrze atomowym. Przechodząc w pobliżu jądra, cząstka a posiadająca ładunek dodatni jest od niej odpychana, a gdy uderzy w jądro, zostaje odrzucona w przeciwnym kierunku. Tak zachowują się cząstki posiadające ten sam ładunek, zatem istnieje centralna, dodatnio naładowana część atomu, w której skupia się znaczna masa atomu. Obliczenia wykazały, że do wyjaśnienia eksperymentów należy przyjąć promień jądra atomowego na około 10^~15 m.

Planetarny model budowy atomu Rutherforda nie był w stanie wyjaśnić wielu dobrze znanych faktów: elektron posiadający ładunek musi spaść na jądro pod wpływem sił przyciągania Coulomba, a atom jest układem stabilnym; Poruszając się po orbicie kołowej, zbliżając się do jądra, elektron w atomie musi emitować fale elektromagnetyczne o wszystkich możliwych częstotliwościach, tj. Emitowane światło musi mieć widmo ciągłe, ale w praktyce wynik jest inny: elektrony atomów emitują światło który ma widmo liniowe. Duński fizyk Nielier Bohr jako pierwszy podjął próbę rozwiązania sprzeczności w planetarnym nuklearnym modelu budowy atomu.

Bohr oparł swoją teorię na dwóch postulatach. Postulat pierwszy: układ atomowy może znajdować się tylko w specjalnych stanach stacjonarnych lub kwantowych, z których każdy ma własną energię; w stanie stacjonarnym atom nie emituje, co oznacza, że elektron (na przykład w atomie wodoru) może znajdować się na kilku ściśle określonych orbitach. Każda orbita elektronowa odpowiada bardzo określonej energii.

Postulat drugi: podczas przejścia z jednego stanu stacjonarnego do drugiego emitowany lub pochłaniany jest kwant promieniowania elektromagnetycznego. Energia fotonu jest równa różnicy energii atomu w dwóch stanach: , gdzie

h jest stałą Plancka.

Kiedy elektron przemieszcza się z najbliższej orbity na bardziej odległą, układ atomowy pochłania kwant energii. Kiedy elektron przemieszcza się z orbity bardziej odległej na orbitę bliższą względem jądra, układ atomowy emituje kwant energii.

W nauce przez długi czas panowało przekonanie, że atom jest najmniejszą, NIEPODZIELNĄ cząstką materii.

1. Pierwszym, który naruszył te idee, był Thomson: uważał, że atom jest rodzajem pozytywnej substancji, w której elektrony są przeplatane „jak rodzynki w babeczce”. Znaczenie tej teorii polega na tym, że atom nie był już uznawany za niepodzielny
2. Rutherford przeprowadził doświadczenie dotyczące rozpraszania cząstek alfa. Ciężkie pierwiastki (złota folia) zostały zbombardowane materiałem radioaktywnym. Rutherford spodziewał się zobaczyć świecące koła, ale zobaczył świecące pierścienie.
Wyjaśnienie Rutherforda: Środek atomu zawiera cały ładunek dodatni, a elektrony nie mają wpływu na przepływ cząstek alfa.
3. Planetarny model atomu wodoru według BORU	Emitując część energii (widocznej), atom oddaje jedynie swój własny zestaw długości fal – widmo. Rodzaje widm: 1. Widmo promieniowania (emisji): (dostarczane przez ciała w stanie nagrzanym) a) Ciało stałe - podaj wszystkie atomy w stanie stałym, ciekłym lub gęstym gazie b) Wyłożone - dają atomy w stanie gazowym 1. Widmo absorpcji: jeśli światło przejdzie przez substancję, to substancja ta pochłonie dokładnie te fale, które emituje w stanie nagrzanym (na widmie ciągłym pojawiają się ciemne paski) Analiza spektralna to metoda określania składu chemicznego substancji na podstawie jej widma emisyjnego lub absorpcyjnego. Metoda opiera się na fakcie, że każdy pierwiastek chemiczny ma swój własny zestaw długości fal. Zastosowanie analizy spektralnej: z kryminologii, medycyny, astrofizyki. Spektrograf to urządzenie służące do przeprowadzania analizy widmowej. Spektroskop różni się od spektrografu tym, że można go używać nie tylko do obserwacji widm, ale także do robienia zdjęć widma. Bilet nr 21 1. Termodynamiczne podejście do badania zjawisk fizycznych. Energia wewnętrzna i sposoby jej zmiany. Pierwsza zasada termodynamiki. Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do procesów izotermicznych, izochorycznych i adiabatycznych. 2. Modele budowy jądra atomowego; siły nuklearne; nukleonowy model jądra; energia wiązania jądrowego; reakcje jądrowe. 1. Każde ciało ma bardzo specyficzną budowę, składa się z cząstek, które poruszają się chaotycznie i oddziałują ze sobą, dlatego każde ciało ma energię wewnętrzną. Energia wewnętrzna to wielkość charakteryzująca stan własny organizmu, czyli energia chaotycznego (termicznego) ruchu mikrocząstek układu (cząsteczki, atomy, elektrony, jądra itp.) oraz energię oddziaływania tych cząstek. Energię wewnętrzną jednoatomowego gazu doskonałego określa się wzorem U = 3/2 t/M RT. Energia wewnętrzna ciała może się zmienić jedynie w wyniku jego interakcji z innymi ciałami. Istnieją dwa sposoby zmiany energii wewnętrznej: wymiana ciepła i praca mechaniczna (na przykład ogrzewanie podczas tarcia lub ściskania, chłodzenie podczas rozszerzania). Przenikanie ciepła to zmiana energii wewnętrznej bez wykonywania pracy: energia jest przekazywana z ciał bardziej ogrzanych do ciał mniej ogrzanych. Przenikanie ciepła jest trojakiego rodzaju: przewodność cieplna (bezpośrednia wymiana energii między chaotycznie poruszającymi się cząstkami oddziałujących ciał lub części tego samego ciała); konwekcja (przenoszenie energii przez przepływ cieczy lub gazu) i promieniowanie (przenoszenie energii przez fale elektromagnetyczne). Miarą energii przekazanej podczas wymiany ciepła jest ilość ciepła (Q). Metody te ilościowo łączą się w prawo zachowania energii, które dla procesów cieplnych brzmi następująco: zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa sumie ilości ciepła przekazanego do układu i pracy czynników zewnętrznych siły działające na układ. , gdzie jest zmianą energii wewnętrznej, Q jest ilością ciepła przekazanego do układu, A jest pracą sił zewnętrznych. Jeżeli system sam wykonuje pracę, wówczas jest on umownie oznaczony jako A. Wówczas prawo zachowania energii dla procesów termicznych, zwane pierwszą zasadą termodynamiki, można zapisać w następujący sposób: , tj. ilość ciepła przekazanego do układu jest zużywana na wykonanie pracy układu i zmianę jego energii wewnętrznej. Podczas ogrzewania izobarycznego gaz działa pod wpływem sił zewnętrznych, gdzie V1 i V2 to początkowa i końcowa objętość gazu. Jeżeli proces nie jest izobaryczny, wielkość pracy można wyznaczyć z pola liczby ABCD zawartej pomiędzy linią wyrażającą zależność p(V) a początkową i końcową objętością gazu V Rozważmy zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do izoprocesów zachodzących w gazie doskonałym. W procesie izotermicznym temperatura jest stała, dlatego energia wewnętrzna się nie zmienia. Wtedy równanie pierwszej zasady termodynamiki będzie miało postać: , czyli ilość ciepła przekazanego do układu idzie na wykonanie pracy podczas rozszerzania izotermicznego, dlatego temperatura się nie zmienia. W procesie izobarycznym gaz rozszerza się, a ilość przekazanego mu ciepła zwiększa jego energię wewnętrzną i wykonuje pracę: . Podczas procesu izochorycznego gaz nie zmienia swojej objętości, w związku z czym nie wykonuje przy nim żadnej pracy, czyli A = 0, a równanie pierwszej zasady ma postać , czyli przekazana ilość ciepła idzie na zwiększenie objętości wewnętrznej energia gazu. Adiabatyczny to proces zachodzący bez wymiany ciepła z otoczeniem. Q = 0, zatem gaz rozszerzający się działa poprzez zmniejszenie swojej energii wewnętrznej, w związku z czym gaz się ochładza.Krzywa obrazująca proces adiabatyczny nazywa się adiabatyczną. 2. Skład jądra atomu. Siły nuklearne. Defekt masy i energia wiązania jądra atomowego. Reakcje jądrowe. Energia nuklearna. Jądro atomu dowolnej substancji składa się z protonów i neutronów. (Powszechna nazwa protonów i neutronów to nukleony.) Liczba protonów jest równa ładunkowi jądra i pokrywa się z numerem pierwiastka w układzie okresowym. Suma liczby protonów i neutronów jest równa liczbie masowej. Na przykład jądro atomu tlenu składa się z 8 protonów i 16 - 8 = 8 neutronów. Jądro atomu składa się z 92 protonów i 235 - 92 = 143 neutronów. Siły utrzymujące protony i neutrony w jądrze nazywane są siłami, które utrzymują protony i neutrony w jądrze siły nuklearne*. To najpotężniejszy rodzaj interakcji. W 1932 roku angielski fizyk James Chadwick odkrył cząstki o zerowym ładunku elektrycznym i masie jednostkowej. Cząstki te nazwano neutronami. Neutron jest oznaczony n. Po odkryciu neutronu fizycy D. D. Ivanenko i W. Heisenberg w 1932 r. przedstawili protonowo-neutronowy model jądra atomowego. Zgodnie z tym modelem jądro atomu dowolnej substancji składa się z protonów i neutronów. (Powszechna nazwa protonów i neutronów to nukleony.) Liczba protonów jest równa ładunkowi jądra i pokrywa się z numerem pierwiastka w układzie okresowym. Suma liczby protonów i neutronów jest równa liczbie masowej. Na przykład jądro atomu tlenu składa się z 8 protonów i 16 - 8 = 8 neutronów. Jądro atomu składa się z 92 protonów i 235 - 92 = 143 neutronów. Substancje chemiczne, które zajmują to samo miejsce w układzie okresowym, ale mają różne masy atomowe, nazywane są izotopami. Jądra izotopowe różnią się liczbą neutronów. Na przykład wodór ma trzy izotopy: prot - jądro składa się z jednego protonu, deuter - jądro składa się z jednego protonu i jednego neutronu, tryt - jądro składa się z jednego protonu i dwóch neutronów. Jeśli porównamy masy jąder z masami nukleonów, okaże się, że masa jądra ciężkich pierwiastków jest większa od sumy mas protonów i neutronów w jądrze, a dla pierwiastków lekkich masa jądra jest mniejsza niż suma mas protonów i neutronów w jądrze. Dlatego istnieje różnica mas między masą jądra a sumą mas protonów i neutronów, zwana defektem masy. M = Mn - (Mp + Mn). Ponieważ istnieje związek między masą a energią, wówczas podczas rozszczepienia ciężkich jąder i podczas syntezy lekkich jąder musi zostać uwolniona energia, która istnieje w wyniku defektu masy, a energia ta nazywana jest energią wiązania jądra atomowego. Uwolnienie tej energii może nastąpić podczas reakcji jądrowych. Reakcja jądrowa to proces zmiany ładunku jądra i jego masy, który zachodzi podczas oddziaływania jądra z innymi jądrami lub cząstkami elementarnymi. Kiedy zachodzą reakcje jądrowe, spełnione są prawa zachowania ładunków elektrycznych i liczb masowych: suma ładunków (liczb masowych) jąder i cząstek biorących udział w reakcji jądrowej jest równa sumie ładunków (liczb masowych) produkty końcowe (jądra i cząstki) reakcji. Reakcja łańcuchowa rozszczepienia to reakcja jądrowa, w której cząstki powodujące reakcję powstają jako produkty reakcji. Warunek konieczny rozwoju łańcucha

39. Eksperyment z rozpraszaniem cząstek alfa.

Pierwsza próba stworzenia modelu atomu na podstawie zgromadzonych danych eksperymentalnych (1903) należy do J. Thomsona. Uważał, że atom jest elektrycznie obojętnym układem kulistym o promieniu około 10–10 m. Dodatni ładunek atomu jest równomiernie rozłożony w całej objętości kuli, a wewnątrz znajdują się ujemnie naładowane elektrony (ryc. 6.1). .1). Aby wyjaśnić widma emisji liniowej atomów, Thomson próbował określić położenie elektronów w atomie i obliczyć częstotliwości ich drgań wokół położeń równowagi. Jednak próby te zakończyły się niepowodzeniem. Kilka lat później w eksperymentach wielkiego angielskiego fizyka E. Rutherforda udowodniono, że model Thomsona był błędny.

Rysunek 6.1.1.

Model atomu J. Thomsona

Pierwsze bezpośrednie eksperymenty z badaniem wewnętrznej struktury atomów przeprowadził E. Rutherford i jego współpracownicy E. Marsden i H. Geiger w latach 1909–1911. Rutherford zaproponował zastosowanie sondowania atomowego przy użyciu cząstek α, które powstają podczas radioaktywnego rozpadu radu i niektórych innych pierwiastków. Masa cząstek alfa jest w przybliżeniu 7300 razy większa od masy elektronu, a ładunek dodatni jest równy dwukrotności ładunku elementarnego. Rutherford w swoich eksperymentach wykorzystywał cząstki α o energii kinetycznej około 5 MeV (prędkość takich cząstek jest bardzo duża – około 107 m/s, ale wciąż znacznie mniejsza od prędkości światła). Cząstki α to w pełni zjonizowane atomy helu. Zostały odkryte przez Rutherforda w 1899 roku podczas badania zjawiska radioaktywności. Rutherford zbombardował tymi cząsteczkami atomy ciężkich pierwiastków (złota, srebra, miedzi itp.). Elektrony tworzące atomy, ze względu na swoją małą masę, nie są w stanie zauważalnie zmienić trajektorii cząstki α. Rozpraszanie, czyli zmiana kierunku ruchu cząstek α, może być wywołane jedynie przez ciężką, dodatnio naładowaną część atomu. Schemat doświadczenia Rutherforda pokazano na ryc. 6.1.2.

Rysunek 6.1.2.

Schemat doświadczenia Rutherforda dotyczącego rozpraszania cząstek α. K – ołowiany pojemnik z substancją radioaktywną, E – ekran pokryty siarczkiem cynku, F – folia złota, M – mikroskop)

Ze źródła radioaktywnego zamkniętego w ołowianym pojemniku cząstki alfa skierowano na cienką metalową folię. Rozproszone cząsteczki padały na ekran pokryty warstwą kryształów siarczku cynku, zdolnych świecić pod wpływem szybko naładowanych cząstek. Scyntylacje (błyski) na ekranie obserwowano wzrokowo za pomocą mikroskopu. Obserwacje rozproszonych cząstek α w doświadczeniu Rutherforda można było prowadzić pod różnymi kątami φ w stosunku do pierwotnego kierunku wiązki. Stwierdzono, że większość cząstek α przechodzi przez cienką warstwę metalu z niewielkim ugięciem lub bez niego. Jednak niewielka część cząstek odchyla się pod znaczącymi kątami przekraczającymi 30°. Bardzo rzadkie cząstki alfa (około jedna na dziesięć tysięcy) zostały odchylone pod kątami bliskimi 180°.

Wynik ten był zupełnie nieoczekiwany nawet dla Rutherforda. Jego idee pozostawały w ostrej sprzeczności z modelem atomu Thomsona, zgodnie z którym ładunek dodatni jest rozłożony w całej objętości atomu. Przy takim rozkładzie ładunek dodatni nie może wytworzyć silnego pola elektrycznego, które mogłoby odrzucić cząstki α. Pole elektryczne równomiernie naładowanej kuli jest maksymalne na jej powierzchni i maleje do zera w miarę zbliżania się do środka kuli. Jeżeli promień kuli, w której skupia się cały dodatni ładunek atomu, zmniejszy się n razy, wówczas maksymalna siła odpychająca działająca na cząstkę α wzrośnie n2 razy, zgodnie z prawem Coulomba. W konsekwencji, przy wystarczająco dużej wartości n, cząstki alfa mogą ulegać rozpraszaniu pod dużymi kątami, aż do 180°. Rozważania te doprowadziły Rutherforda do wniosku, że atom jest prawie pusty, a cały jego ładunek dodatni skupia się w małej objętości. Rutherford nazwał tę część atomu jądrem atomowym. W ten sposób powstał jądrowy model atomu. Ryż. Rysunek 6.1.3 ilustruje rozpraszanie cząstki α na atomie Thomsona i atomie Rutherforda.

Ernesta Rutherforda (1871-1937).

Angielski fizyk, twórca fizyki jądrowej, członek Royal Society of London (1903, prezes w latach 1925-1930) i większości akademii na całym świecie. Urodzony w Brightwater (Nowa Zelandia). W 1899 r odkrył promienie alfa i beta w 1900 r - produkt rozpadu radu (emanacja) i wprowadził pojęcie okresu półtrwania. Razem z F. Soddym w latach 1902 – 1903. opracował teorię rozpadu promieniotwórczego i ustalił prawo przemian promieniotwórczych. W 1903 r udowodnił, że promienie alfa składają się z cząstek naładowanych dodatnio (Nagroda Nobla w dziedzinie chemii, 1908).

W 1908 r wspólnie z G. Geigerem zaprojektował urządzenie do rejestracji pojedynczych naładowanych cząstek (licznik Geigera). Zainstalowany w 1911 roku prawo rozpraszania cząstek alfa przez atomy różnych pierwiastków (wzór Rutherforda), które umożliwiło stworzenie w 1911 roku nowego modelu atomu – planetarnego (model Rutherforda).

Wysunął pomysł sztucznej transformacji jąder atomowych (1914). W 1919 r przeprowadził pierwszą sztuczną reakcję jądrową, przekształcając azot w tlen, kładąc w ten sposób podwaliny wspólnej fizyki jądrowej, odkrył proton. W 1920 r przewidział istnienie neutronu i deuteronu. Udowodnił to doświadczalnie wraz z M. Oliphantem w 1933 roku. obowiązywanie prawa związku masy i energii w reakcjach jądrowych. W 1934 r przeprowadził reakcję fuzji deuteronów z utworzeniem trytu.

Pierwsze eksperymenty z badaniem budowy atomu podjął Ernest Rutherford w 1911 roku. Stało się to możliwe dzięki odkryciu zjawiska promieniotwórczości, podczas którego w wyniku naturalnego rozpadu promieniotwórczego ciężkich pierwiastków uwalniają się pierwiastki ciężkie -cząstki. Okazało się, że cząstki te mają ładunek dodatni równy ładunkowi dwóch elektronów, a ich masa jest w przybliżeniu 4 razy większa od masy atomu wodoru, tj. są to jony atomu helu (). Energia cząstek waha się od eV dla uranu do eV dla toru. Prędkość cząstek wynosi m/s, dzięki czemu można nimi „przestrzelić” cienką metalową folię. Informacje o rozproszeniu cząstek pokazano na ryc. 1.

Badania wykazały, że niewielka liczba cząstek znacznie odbiegała od pierwotnego kierunku ruchu. W niektórych przypadkach kąt rozproszenia był bliski 180 stopni. Na podstawie uzyskanych danych E. Rutherford wyciągnął wnioski, które stanowiły podstawę planetarny model atomu:

Istnieje jądro, w którym skoncentrowana jest prawie cała masa atomu i cały jego ładunek dodatni, a wymiary jądra są znacznie mniejsze niż wymiary samego atomu;

Elektrony tworzące atom poruszają się wokół jądra po orbitach kołowych.

Opierając się na tych dwóch przesłankach i zakładając, że o oddziaływaniu padającej cząstki na dodatnio naładowane jądro decydują siły Coulomba, Rutherford ustalił, że jądra atomowe mają wymiary ()m, tj. są () razy mniejsze niż rozmiar atomów.

Model atomu zaproponowany przez Rutherforda przypomina układ słoneczny, tj. w centrum atomu znajduje się jądro („Słońce”), a elektrony – „planety” – krążą po orbitach wokół niego. Dlatego nazwano model Rutherforda planetarny model atomowy.

Model ten był krokiem naprzód w kierunku współczesnego zrozumienia budowy atomu. Podstawowa koncepcja jądro atomowe, w którym cały dodatni ładunek atomu i prawie cała jego masa są skoncentrowane, zachowało swoje znaczenie do dziś.

Jednakże założenie, że elektrony poruszają się po orbitach kołowych niekompatybilny ani z prawami elektrodynamiki klasycznej, ani z liniowym charakterem widm emisyjnych gazów atomowych.

Zilustrujmy to, co powiedziano o modelu planety Rutherforda na przykładzie atomu wodoru, który składa się z masywnego jądra (protonu) i elektronu poruszającego się wokół niego po orbicie kołowej. Ponieważ promień orbity m (pierwsza orbita Bohra) i prędkość elektronu m/s, jego normalne przyspieszenie . Elektron poruszający się z przyspieszeniem po orbicie kołowej jest oscylatorem dwuwymiarowym. Zatem zgodnie z elektrodynamiką klasyczną powinien on promieniować energią w postaci fali elektromagnetycznej. W rezultacie elektron nieuchronnie zbliży się do jądra w czasie s. Jednak w rzeczywistości atom wodoru jest stabilnym i „długowiecznym” układem elektromechanicznym.

Doświadczenia Rutherforda dotyczące rozpraszania cząstek alfa.Model jądrowy atomu.

Wiadomo, że słowo „atom” przetłumaczone z języka greckiego oznacza „niepodzielny”. Angielski fizyk J. Thomson opracował (pod koniec XIX wieku) pierwszy „model atomu”, według którego atom jest dodatnio naładowaną kulą, w której unoszą się elektrony. Model zaproponowany przez Thomsona wymagał weryfikacji eksperymentalnej, gdyż za pomocą modelu atomowego Thomsona nie można było wyjaśnić zjawisk radioaktywności i efektu fotoelektrycznego. Dlatego w 1911 roku Ernest Rutherford przeprowadził serię eksperymentów w celu zbadania składu i struktury atomów. W tych eksperymentach wąska wiązka A -cząstki wyemitowane przez substancję radioaktywną skierowano na cienką złotą folię. Za nim znajdował się ekran, który mógł świecić pod wpływem szybkich cząstek. Ustalono, że większość tak A -cząstki po przejściu przez folię odbiegają od propagacji liniowej, czyli rozpraszają się i niektóre A -cząstki są odrzucane z powrotem 180 0 .

Trajektorie A-cząstki lecące w różnych odległościach od jądra

Lasery

Emisja i absorpcja światła przez atomy

Zgodnie z postulatami Bohra elektron może znajdować się na kilku określonych orbitach. Każda orbita elektronowa odpowiada określonej energii. Kiedy elektron przemieszcza się z bliskiej na odległą orbitę, układ atomowy pochłania kwant energii. Kiedy elektron przemieszcza się z orbity bardziej odległej na orbitę bliższą względem jądra, układ atomowy emituje kwant energii.

Widma

Ciągłe widmo

Wnioski z eksperymentu Rutherforda z rozpraszaniem cząstek alfa: 1. Istnieje jądro atomowe, tj. małe ciało, w którym skoncentrowana jest prawie cała masa atomu i cały ładunek dodatni. 2. Prawie cała masa atomu jest skoncentrowana w jądrze. 3. Cząstki ujemne - elektrony - krążą wokół jądra po zamkniętych orbitach. 4. Ładunek ujemny wszystkich elektronów rozkłada się w całej objętości atomu. Model jądrowy atomu:

Slajd 9 z prezentacji „Eksperyment Rutherforda, model atomu”. Rozmiar archiwum z prezentacją wynosi 174 KB.

Fizyka, klasa 9

podsumowanie innych prezentacji

„Struktura atomu pierwiastka” – Kto odkrył zjawisko promieniotwórczości. Struktura. Atom jest „niepodzielny”. Rutherford przeprowadził szereg eksperymentów, aby zbadać strukturę i skład atomów. Thomson zaproponował jeden z pierwszych modeli budowy atomu w 1903 roku. Henri Becquerel odkrywa zjawisko promieniotwórczości. Cząstka spowodowała błysk na ekranie. Dwa wydarzenia pod koniec XIX wieku doprowadziły do idei złożonej struktury atomowej. Struktura atomu. Model planetarny (jądrowy).

„Komora chmurowa” – Przeznaczenie urządzenia. Zasada robota. Poprawa. Pojemność. Wynalazca urządzenia. Oznaczający. Kamera. Wilsona. Komora Wilsona. Urządzenie.

„Bezpieczeństwo Energii Jądrowej” – Z historii energetyki jądrowej. Reakcja rozpadu jąder uranu. Schemat działania wrzącego reaktora jądrowego. Bezpieczeństwo. Schemat wrzącego reaktora jądrowego. Elektrownie jądrowe mają większe możliwości w zakresie produkcji energii. Elektrownie jądrowe. Szkodliwość energii jądrowej. Elektrownie jądrowe na mapie Rosji. Reaktor jądrowy. Energia atomowa. Fuzja termojądrowa. Korzyści i szkody energii jądrowej. Lodołamacze nuklearne.

„Fizyka „Ruch”” - Oddziaływanie ciał. Mechanika. Prawo zachowania w mechanice. Struktura atomu. Bezwładność i masa ciał. Prędkość podczas nierównego ruchu. Jak zmieniają się współrzędne. Ruch podczas ruchu prostoliniowego jednostajnie przyspieszonego. Podstawy dynamiki. Praca siły. II prawo Newtona. Swobodny spadek ciał. Podstawy fizyki. Badanie właściwości materii. Wektor. Trzecie prawo Newtona. Okres i częstotliwość obiegu. Przyśpieszenie. Fizyka jest nauką ścisłą.

„Dscylacje wahadła matematycznego” – Scenariusz lekcji. Praktyczne wykorzystanie drgań wahadła. Galileusz Galilei (1564-1642). Chrześcijanin Huygensa (1629 – 1695). Każde ciało może wykonywać ruchy oscylacyjne. Doświadczenie przeprowadzono w wąskim kręgu. Ilustracja drgań mechanicznych na przykładzie wahadła Foucaulta. Stary budynek Uniwersytetu w Pizie. Prawdziwe wahadło można uznać za matematyczne, jeśli długość nici jest znacznie większa niż rozmiar zawieszonego na nim ciała.

„Pierwsza prędkość kosmiczna” – rozwiązuj problemy. Przyspieszenie swobodnego spadania. Prędkość, jaką należy nadać ciału, aby stało się satelitą. Wprowadzenie do sztucznych satelitów. Pierwsza prędkość ucieczki. Warunki, w których ciało staje się sztuczną inteligencją. Satelity sztucznej Ziemi. Określ pierwszą prędkość ucieczki podczas wystrzelenia satelity. Rozwiąż problem. Rewolucja planet wokół Słońca.