Тақырыбы: Атомның құрылысын оқыту әдістемесі

Атомның ядролық құрылысы жөніндегі ұғымды енгізу үшін, Резерфордттың жұқа металл фольгадағы -бөлшектердің шашырауы жөнінде жасалған тәжірибесінің мәнісін сипаттау керек. Оқушыларға атомдар оң заряды бар шапшаң қозғалатын және массасы сутегі атомынан 4 есе үлкен болатын -бөлшектермен атқылататынын түсіндірген жөн. Бұл «снарядтарды» эксперимент жасаушы табиғаттан алады, олар радиоактивті ыдырау кезінде пайда болады. Оқушылар электр зарядттарының әсер ету күші олардың ара қашықтығына байланысты екенін бұл кезде біледі. Сана жағынан бұл тәуелділікті тағы да бір рет зарядталған гильзалардың көмегімен экспемримент жүзінде гильзаларды бір-бірімен әртүрлі қашықтықтарға орналастырып көрсетуге болады.

Тәуелділік түрінде жазылады.

Резерфорд схемасын талдап түсіндіреді (9-сурет). Бұл суретті тақтаға кескіндеуге болады.

Оң зарядталған R бөлшектерді жан-жаққа таратып шығарады, ал а диафрагма бөлшектердің бір шоғын бөліп алады, бұл шоқ бұдан кейін жұқа алтын б фольгадан өтеді де, ерекше в экранға түседі, экран бөлшектердің соққысынан люминесценцияланады. Оған түсетін әрбір бөлшек жарқыл туғызады, бұған қарап бөлшектің қалай қозғалғанын айтуға болады.

Егер б фольганы алып қойсақ, онда экранда диафрагмадағы тесікке қарсы ашық дақ пайда болады.

Егер бөлшектердің жолына фольга қойылса, онда ашық дақтың интенсивтігі біршама кеміп, бұл дақтан тыс жерде бірқатар жарқыл пайда болады.

Демек, оң зарядталған бөшектердің бір бөлігі фольгадан өткенде өз қозғалысының бағытын едәуір өзгертті. Сондықтан да фольгада оң зарядталған бөлшектердің ағынының шашырауы жөнінде сөз болады.

Резерфордтың алғашқы қозғалыс бағытынан біршама ауытқыған бөлшектерді бақылап қана қоймай тік бұрыштан үлкен бұрашқа ауытқитын бөлшектерді де бақылауына тура келеді. (9 сурет).

Бұл тәжірибенің нәтижелері былай түсіндіріледі.

Бөлшектердің шашырауы оларға фольганы түзетін бөлшектердің, яғни атомдардың әсер етуінен болады. Алайда бөлшектердің біразы ғана көбірек ауытқиды, демек ұшып шыққан бөлшектерге атом түгел бөгет болмай ол атомның шағын бөлігі ғана бөлшектерді шашыратады екен. Атомның осы бөлігінің заряды көп болады, өйткені бөлшектердің ауытқуы сирек, бірақ өте үлкен бұрыштарға ауытқыған. Сонымен бірге, оң зарядталған бөлшектердің ауытқуын туғызатын оң заряды бар атомның шағын бөлігі деп тұжырым айтуға болады.

Атомның өлшемі шамамен 10^{-8 см. Оң зарядталған бөлшектерді өлшемдері шамамен 10-13 см болатын атомның бөлігі шашырататындығын есептеулерден көреміз. Оқушылар бұл мәндерді есте сақтағаны жөн. Атомды сипаттайтын бұл шамаларды білу үшін физика курсын ары қарай оқып үйрену қажет.}

Егер бөлшектер атомның оң зарядталған шашыранды бөлігінен алыс болса, онда олардың ауытқулары байқалмайды. Егерде бөлшек атомның бұл бөлігіне жақындап келетін болса, онда ол онымен әсерлесе отырып өте күшті ауытқиды.

Сонымен Резерфорд тәжірибесі негізінде атомдардың құрылысы күрделі екендігі тағайындалған болатын.

Кез-келген элементтің атомдары, ядро деп аталған, оң зарядталған бөліктен тұрады.

Ядроның құрамына оң зарядталған элементар бөлшектер –протондар енеді.

Ядроны айнала, электрон қабықшасы деп аталатынды түзетін, электрондар қозғалып жүреді.

Протонның шамасы бойынша электрон зарядына тең, бірақ қарама-қарсы таңбалы заряды бар. Протон массасы электрон массасынан шамамен 2000 есе артық. Атомдар электр жөнінен бейтарап, демек, ядро заряды электрон қабықшасындағы барлық электрондар зарядына тең. Сонымен, атом ядросындағы протондар саны атомның электрон қабықшасындағы электрон санына тең.

Ядродағы протоннан басқа да, элементар бөлшектер - нейтрондар бар. Олар зарядсыз бейтарап бөлшектер, бірақ олардың массалары шамамен протон массасына тең.

Резерфорд тәжірибесінің нәтижелері ядро массасының өлшемін жуықтап анықтауға мүмкіндік берді. Ол үшін мынадай есепті шығару керек. Алтын атомының ядросынан 180⁰ бұрышқа шашырау үшін, энергиясы, 10 МэВ бөлшек ядроға қандай қашықтыққа жақындау керек:

Бұл есепті шығару үшін -бөлшектің кинетикалық энергиясы кулондық тебілістің потенциялық энергиясына айналатынын айту керек, яғни

мұнда Ф/м – электрлік тұрақты.

м

-бөлшектер ядроға неғұрлым жақынырақ ұшып келетін болса, және оның энериясы аз болса, онда олардың ядродан тебілуі соғұрлым күшті болады. Мұны мынадай эксперимент арқылы көрсетуге болады.

Көлбеу орналасқан изоляцияланған тіректің ұшына жоғары кернеулі күзеткіштен зарядталатын метал шарик жібек жіпке ілініп биіктеу орналастырылады. Бірінші шарикті ядро моделі ретінде, екінші шарикті -бөлшек моделі ретінде қарастыру керек. Мұғалім екінші шарикті зарядтап, яғни « -бөлшекті» тепе-теңдіктен ауытқытып жіберді. Сонда «ядроның», яғни екінші шариктің жағынан өткен бөлшек тебіледі.

Сөйтіп атомның бүкіл массасы ядрода жинақталатынын, атом ядросы, атомнан 10⁵ есе аз екенін оқушыларға түсіндіру қажет.

Атомның құрылысы туралы теорияның қиындықтары туралы оқушыларды хабардар ету керек. ХІХ ғасырда ашылған электрондық теорияға сәйкес ядроны үдей айнала қозғалған электрон үздіксіз энергия шығарады. Үздіксіз энергия шығару нәтижесінде электронның энергиясы азайып ақыр аяғында электрон ядроға «құлап» түседі. Ал бұл атомның тұрақтылығына қарама-қайшы келеді.

Сонымен, Резерфордтың атомының құрылысы туралы ұсынған моделін жетілдіру қажет. Мұны 1913 жылы дат физигі Н.Бор жасады.