Опыт Резерфорда. Лазер

Эрнест Резерфорд
(1871 – 1937)
Английский ученый, известный своими
исследованиями строения атома и
радиоактивности, один из создателей
ядерной физики. Э. Резерфорд был членом
Лондонского королевского общества –
академии наук Англии, почетным членом
более 30 академий и научных обществ
разных стран мира, в том числе Академии
наук СССР. В 1908 г. Он стал лауреатом
Нобелевской премии за исследования
радиоактивности.
Научная школа Резерфорда стала одной
из крупнейших за всю историю физики и
самой большой в истории ядерной
физики.
Опыт Резерфорда по рассеянию
α-частиц на золотой фольге.
Результаты:
1). Большинство α-частиц проходило
через фольгу почти
беспрепятственно, отклоняясь на
углы, не превышающие 1 - 2°;
2). Небольшая часть α-частиц
рассеивалась на углы Θ > 2°;
3). Примерно одна из каждых 20000
отклонялась на углы в 90 и более
градусов (т. е. назад).
Расскажите, что вам известно об
опыте, изображенном на рисунке.
Выводы:
1). Атом в основном пустой и состоит из
расположенного в его центре
положительно заряженного ядра и
обращающихся вокруг него электронов.
2). Ядро имеет заряд +Zе (где Z –
порядковый номер в таблице Д. И.
Менделеева); имеет размеры, в десятки
тысяч раз меньшие размеров атома, и
обладает массой, составляющей 99,96%
массы всего атома.
3). Вокруг ядра под действием
кулоновских электрических сил
обращается Z электронов. Суммарный
заряд этих электронов равен –Zе, так что
в целом атом нейтрален.
Глядя на траектории α-частиц,
проанализируйте данные,
полученные Резерфордом.
Противоречие:
Согласно классической электродинамике
планетарная модель обречена, так как
обладает очень серьезным недостатком:
она неустойчива. Вращающиеся вокруг ядра
электроны должны обладать центростремительным ускорением, а любой ускоренно
движущийся заряд должен непрерывно
излучать электромагнитные волны. Теряя
энергию на излучение, электроны должны по
спирали упасть на ядро и атом должен
перестать существовать.
Результаты же опыта Резерфорда говорили
о том, что атом устроен именно так!
Какие противоречия «породила»
планетарная модель атома?
Нильс Хенрик Давид Бор
(1885 – 1962)
Датский физик Нильс Бор родился в
Копенгагене. Окончив Копенгагенский
университет, после защиты докторской
диссертации в 1911 г. уехал на
стажировку в Англию. В 1912 г. стал
работать у Э. резерфорда. Именно Бор
попытался разрешить основное
противоречие, возникшее в атомной
физике в работах, опубликованных в
1913 г.
В 1922 г. Н. Бор стал лауреатом
Нобелевской премии. Имя Бора
приобрело всемирную известность.
Еще один легендарный ученый. Вы
его узнали? Что вы можете
рассказать о нем?
1.
2.
3.
На рисунке горизонтальными
линиями изображены
энергетические уровни атома, а
стрелками – переходы из одного
стационарного состояния в другое.
Атом может находиться только в особых,
квантовых состояниях. Каждому из которых
соответствует своя определенная энергия
Еn. В стационарном состоянии атом не
излучает.
При переходе атома из одного
стационарного состояния в другое
излучается или поглощается квант света с
энергией Ђω, равной разности энергий
стационарных состояний:
Ђω = lЕn´- Еnl.
В стационарном состоянии электрон может
двигаться только по «разрешенной» орбите,
радиус которой удовлетворяет условию:
mυr = nЂ,
где mυ – импульс электрона,
n – номер квантового состояния (1; 2; 3;…).
Сформулируйте постулаты Бора и
поясните рисунок.
Рисунок 1
Рисунок 2
В возбужденном состоянии (n > 1) атом может находиться в
течение очень малого промежутка времени (порядка 10 ˉ 8 с),
после чего самопроизвольно переходит в основное состояние
(n = 1), излучая при этом соответствующие кванты.
Набор их частот образует линейчат ый спект р излучения (рис. 1).
Обратные переходы дают линейчат ый спект р поглощения (рис. 2).
Поясните, что изображено на
рисунках.
Если атом подвергается внешнему воздействию, то время жизни
его возбужденного состояния сокращается и возникает излучение,
которое называют вынужденным или индуцированным
излучением.
Какое излучение называют
вынужденным или индуцированным?
Лауреаты Нобелевской премии
Н. Г. Басов и А. М. Прохоров
В обычных условиях атомы вещества,
сквозь которое пропускают
электромагнитное излучение, никогда
его не усиливают. Так как этому
препятствует процесс поглощения
света. Однако в 1954 г.
А. М. Прохоров и Н. Г. Басов в СССР и
независимо от них Ч. Таунс, Д. Гордон
и Х. Цейгер в США создали квантовый
генератор, в котором вынужденное
излучение преобладало над
поглощением, в результате чего
генерировалось мощное
электромагнитное излучение
радиодиапазона.
Ла́зер (англ. LASER — Light
Amplification by Stimulated Emission
of Radiation, «Усиление света с
помощью вынужденного излучения»)
— устройство, использующее
квантовомеханический эффект
вынужденного (стимулированного)
излучения для создания когерентного
потока света.
Ма́зер – квантовый генератор вынужденного излучения радиодиапазона.
Ра́зер - квантовый генератор вынужденного рентгеновского излучения.
Лазер лаборатория НАСА
Гра́зер - квантовый генератор вынужденного гамма-излучения.
Что такое лазер? Мазер? Разер?
Гразер?
• Газовые лазеры
• Твердот ельные лазеры
• Полупроводниковые лазерные диоды
Полупроводниковый лазер,
применяемый в узле генерации изображения принтера
• Лазеры с внешним резонат ором (External-cavity lasers), используются для
создания высокоэнергетических
импульсов
• Лазеры на красит елях - тип лазеров,
использующий в качестве активной среды
раствор органических красителей в
этиловом спирте или этиленгликоле.
• Лазеры с квант овым каскадом
• Лазеры на свободных элект ронах
• Лазер с солнечным возбуждением и т. д.
Гелий-неоновый лазер
Перечислите известные вам виды
лазеров.
1.
Технологические лазеры.
Мощные лазеры непрерывного действия применяются для резки, сварки и пайки деталей из
различных материалов.
2.
Применение лазеров в качестве
светового сопровождения
музыкальных шоу
Лазерная связь.
Лазерная связь осуществляется по оптическому
волокну — тонким стеклянным нитям, свет
в которых за счет полного внутреннего отражения
распространяется практически без потерь на многие
сотни километров.
3.
4.
Лазеры в медицине.
Лазеры в научных исследованиях.
5.
Военные лазеры.
Что вам известно о применении
лазера?
Лазеры в вагонном
хозяйст ве
В вагонном депо Московка
Омского отделения ЗападноСибирской железной дороги
введена в строй
автоматизированная линия
"Лазер-М", предназначенная
для измерения, испытания и
подбора пружин к тележкам
грузовых вагонов.
Лазеры на пут евой т ехнике
В Великобритании по железным
дорогам начали ходить поезда,
оснащенные лазерами. Их задача
заключается в уничтожении
попавших на рельсы загрязнений.
Попадая на рельсы, опавшие
листья и мусор со временем
спрессовываются и создают
тонкую корку, что сравнимо с
условиями гололеда на
шоссейных дорогах.
Лазеры и ж. д. связь
В Лондоне, например, с помощью волоконно-оптических кабелей
проложена телефонная линия между несколькими железнодорожными
станциями. На железной дороге “Юнион Пасифик” (С. Ш. А)
Расскажите о применении лазера
на железной дороге.
Быть может, эти электроны –
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом –
Вселенная, где сто планет;
Там всё, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
Их мудрецы, свой мир бескрайний
Поставив центром бытия,
Спешат проникнуть в искры тайны
И умствуют, как ныне я…
Валерий Брюсов