Вклад Ломоносова в науку | История Российской империи

Корпускулярно-кинетическая теория Ломоносова

«Он создал первый университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом» (А.С. Пушкин о Ломоносове)

М. В. Ломоносов был первым русским естествоиспытателем мирового значения, первым русским академиком, труды которого почти во всех отраслях знаний далеко опередили свое время и оказали большое влияние на прогресс науки, техники и образования в России, способствовали совершенствованию технологии многих производств.

Он вошёл в науку как первый химик, который дал определение физической химии; его молекулярно-кинетическая теория тепла во многом предвосхитила современное представление о строении материи и многие фундаментальные законы, в числе которых — одно из начал термодинамики; заложил основы науки о стекле. Он был астрономом, приборостроителем, географом, металлургом, геологом, поэтом, художником, поборником развития отечественного просвещения, науки и экономики, он утвердил основания современного русского литературного языка, разработал проект Московского университета, открыл наличие атмосферы у планеты Венера, являлся действительным членом Академии наук и художеств, профессором… И это все за каких-то три с половиной десятка лет! Ведь фактически до Ломоносова не существовало русской науки.

Основная область научной деятельности Ломоносова — химия

Об энциклопедизме М. В. Ломоносова с определённостью говорит и сам перечень его трудов. «Соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенною силою понятия, Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец, он всё испытал и всё проник: первый углубляется в историю отечества, утверждает правила общественного языка его, даёт законы и образцы классического красноречия, с несчастным Рихманом предугадывает открытие Франклина, учреждает фабрику, сам сооружает махины, дарит художественные мозаические произведения, и, наконец, открывает нам истинные источники нашего поэтического языка», — писал о Ломоносове Пушкин.

Но основной областью своей деятельности М. В. Ломоносов считал химию.

В естествознании

 Корпускулярно-кинетическая теория 

Защита теории

Одним из выдающихся естественнонаучных достижений М. В. Ломоносова является его молекулярно-кинетическая теория тепла.

В середине XVIII века в европейской науке господствовала теория теплорода, впервые выдвинутая Робертом Бойлем. В основе этой теории лежало представление о некой огненной (или холодообразующей) материи, посредством которой распространяется и передается тепло, а также огонь.

М. В. Ломоносов обращает внимание на то, что ни расширение тел по мере нагревания, ни увеличение веса при обжиге, ни фокусировка солнечных лучей линзой, не могут быть качественно объяснены теорией теплорода. Связь тепловых явлений с изменениями массы отчасти и породили представление о том, что масса увеличивается вследствие того, что материальный теплород проникает в поры тел и остается там. Но, спрашивает М. В. Ломоносов, почему при охлаждении тела теплород остаётся, а сила тепла теряется? Он доказал, что причиной теплоты является внутреннее вращательное движение связанной материи. Эти рассуждения имели огромный резонанс в европейской науке. Эта теория более критиковалась, нежели принималась учеными того времени. М. В. Ломоносов утверждал, что все вещества состоят из корпускул —молекул, которые являются «собраниями» элементов — атомов. В своей диссертации «Элементы математической химии», оставшейся незаконченной, он дает такое определения: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел… Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу». Атомы и молекулы (корпускулы и элементы) у М. В. Ломоносова часто также — «физические нечувствительные частицы», чем подчёркивается, что эти частицы чувственно неощутимы. Своей корпускулярно-кинетической теорией тепла М. В. Ломоносов предвосхитил многие гипотезы и положения, сопутствовавшие дальнейшему развитию атомистики и теорий строения материи, он не только подвергает критике наследие алхимии и ятрохимии, но, выдвигая продуктивные идеи, использовавшиеся им на практике — формирует новую теорию, которой суждено было стать фундаментом современной науки.

Физическая химия

Им были заложены основы физической химии, когда он сделал попытку объяснения химических явлений на основе законов физики и его же теории строения вещества. Он пишет: «Физическая химия, есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях». Его метод подразумевал исследование связи физических и химических явлений.

Наука о стекле

Цветное стекло

В октябре 1748 года была, наконец, построена химическая лаборатория и получила оборудование, изготовленное по чертеж

9 важнейших новаторских идей Михаила Ломоносова

19 ноября 1711 года родился Михаил Ломоносов, первый русский ученый-энциклопедист, физик, химик, астроном, лингвист, поэт и художник. Его вклад в российскую науку и культуру неоценим. Предлагаем вашему вниманию 9 самых важных открытий великого ученого

1. Курпускулярная теория строения вещества, «коловратное» движение

Ломоносов одним из первых утверждал, что все вещества состоят из корпускул — молекул, которые, в свою очередь, состоят из других элементов — атомов. Но важнее, что русский ученый первым высказал мысль о внутреннем вращательном («коловратном») движении частиц, что приблизило его представление о строении материи к современному понятию.

«Нельзя назвать такую большую скорость движения, чтобы мысленно нельзя было представить себе другую, еще большую. Это по справедливости относится, конечно, и к теплотворному движению; …Наоборот, то же самое движение может настолько уменьшиться, что тело достигает, наконец, состояния совершенного покоя, и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц».

( М.В. Ломоносов. «О причине теплоты и холода»)

2. Теория сохранения вещества

С корпускулярной теорией и молекулярно-кинетическими взглядами Ломоносова напрямую связано его понимание закона сохранения вещества и силы (или движения). Принцип сохранения силы (или движения) для него стал начальной аксиомой в рассмотрении им аргументов в обосновании молекулярного теплового движения.

«Когда какое-либо тело ускоряет движение другого, то сообщает ему часть своего движения; но сообщить часть движения оно не может иначе, как теряя точно такую же часть».

(М.В. Ломоносов. «О действии химических растворителей вообще»)

«…Сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

(М.В. Ломоносов. «Рассуждение о твердости и жидкости тел»)

3. Новая наука — физическая химия

Ломоносова можно считать родоначальником новой науки – физической химии. Программу новой науки ученый наметил, обратившись к изучению растворов.

«Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях».

(М.В. Ломоносов. «Введение в истинную физическую химию»)

4. Наука о стекле

Во времена Ломоносова стеклоделие считалось ремеслом, исключающим научные методы. Михайло Ломоносов и его соратник Дмитрий Виноградов (создатель русского фарфора) первыми заявили о необходимости знания химии для производства стекла. По настоянию Ломоносова была создана лаборатория по изучению стекла — первая научная лаборатория в России. Свои теоретические изыскания ученый применил на практике, создавая потрясающей красоты мозаичные полотна. Ломоносов также написал уникальное поэтическое произведение, посвященное стеклу, —

«Письмо о пользе Стекла Ивану Ивановичу Шувалову»:

«Неправо о вещах те думают, Шувалов,

Которые Стекло чтут ниже Минералов,

Приманчивым лучом блистающих в глаза:

Не меньше польза в нем, не меньше в нем краса…»

Мозаичный портрет Петра I, набранный Ломоносовым

5. Открытие атмосферы планеты Венера

Наблюдая в мае 1761 года прохождение Венеры по солнечному диску, Ломоносов обнаружил наличие у этой планеты атмосферы.

«При выступлении Венеры из Солнца, когда передний её край стал приближаться к солнечному краю и был (как просто глазом видеть можно) около десятой доли Венерина диаметра, тогда появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила. Вскоре оный пупырь потерялся, и Венера оказалась вдруг без края».

(М. В. Ломоносов. «Явление Венеры на Солнце…»)

6. Теория электричества и метеорология

Занимаясь изучением такого явления как грозы и грозовые облака, Ломоносов пишет научный труд, посвященный общей теории электричества. Исследователь утверждает о тождественности атмосферного и искусственного электричества.

«Двояким искусством электрическая сила в телах возбуждается: трением и теплотою, что физикам довольно известно. Явления и законы, которые электрическою силою в недре натуры рожденною производятся, совершенно сходствуют с теми, которые показывают искусством учиненные опыты. Но как натура в произвождении многообразных дел тщива и расточительна, а в причинах их скупа и бережлива, и сверх того те же и одинакие действия тем же одним причинам приписывать должно, того ради нет сомнения, что натуральной в воздухе электрической силы суть те же причины, то есть трение или теплота, разно или совокупно».

(М.В. Ломоносов «Теории электричества, изложенной математически»)

7. Первая русская риторика

Труд Ломоносова «Риторика», написанный в 1748 году, стал первой в России хрестоматией мировой литературы, включавшей лучшие произведения словесности. Пособия Ломоносова были первыми в России общедоступными руководствами по красноречию.

«Риторика есть наука о всякой предложенной материи красно говорить и писать, то есть оную избранными речами представлять и пристойными словами изображать на такой конец, чтобы слушателей и читателей о справедливости ее удостоверить.»

(М.В. Ломоносов. «Риторика»)

8. Грамматика и теория стиля

Ломоносов изучал русский язык и был его популяризатором (многие его научные труды написаны на русском языке, а не на латыни, как было принято в XVIII веке). Его книга «Российская грамматика» впервые четко излагает основы и нормы русского языка, в ней ученый излагает понятия о частях речи, правописании и произношении. Михаил Ломоносов также разработал стилистическую систему русского языка — «теорию трех штилей».

«Тупа оратория, косноязычна поэзия, неосновательна философия, неприятна история, сомнительна юриспруденция без грамматики».

(М.В. Ломоносов. «Российская грамматика»)

«Карл Пятый, римский император, говаривал, что гишпанским языком с Богом, французским — с друзьями, немецким — с неприятелем, ита-лианским — с женским полом говорить прилично. Но если бы он российскому языку был искусен, то, конечно, к тому присовокупил бы, что им со всеми оными говорить пристойно, ибо нашел бы в нем великолепие гишпанского, живость французского, крепость немецкого, нежность италианского, сверх того богатство и сильную в изображениях кратость греческого и латинского языков».

(М.В. Ломоносов. «Российская грамматика»)

9. Новаторство в поэзии

Ломоносов был реформатором и в поэзии. Именно он создал стройную систему русского стихосложения – силлабо-тоническую, установив метр. Стихотворные опыты Ломоносова были восприняты другими русскими поэтами как образцовые, многие строки его стихов стали крылатыми:

«Науки юношей питают

Отраду старым подают»

(М.В. Ломоносов. «Ода на восшествие на престол Елизаветы Петровны»)

«Везде исследуйте всечасно,

Что есть велико и прекрасно».

(М.В. Ломоносов. «Ода на восшествие на престол Елизаветы Петровны»)

Универсальный гений. 10 достижений Михаила Ломоносова | Наука | Общество

19 ноября (по новому стилю) родился великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.

В истории русской науки он стал первопроходцем в целом ряде отраслей знания. Гений выходца из семьи рыбаков с берегов Белого моря не знал границ. Чтобы охватить все его научные достижения, не хватит и нескольких томов. Ниже приведены всего лишь несколько заметных достижений человека, заложившего основы великого будущего отечественной науки.

Объяснение природы полярных сияний

«Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы. Подтверждается сие подобием явления и исчезания, движения, цвету и виду, которые в северном сиянии и в электрическом свете третьего рода показываются», — писал Ломоносов.

Ломоносов, наблюдавший полярные сияния в детстве, стал первым серьезным ученым, исследовавшим данное явление, и давшим ему достоверное объяснение.

Сегодня полярное сияние определяется как «свечение (люминесценция) верхних слоев атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра».

Открытие атмосферы у Венеры

6 июня 1761 Михаил Ломоносов наблюдал за редчайшим явлением: прохождением Венеры по диску Солнца. В результате преломления солнечного света в верхних слоях атмосферы возникает тонкий светящийся ореол вокруг планеты. Ломоносов первым интерпретировал явление как доказательство существования атмосферы у Венеры. Впоследствии открытие Ломоносова было подтверждено, а оптический эффект получил название «явление Ломоносова».

Разработка корпускулярно-кинетической теории

После серии научных опытов Ломоносов утверждает, что все вещества состоят из корпускул — молекул, которые являются «собраниями» элементов — атомов. Концепция русского учёного предвосхитила формирование и принципы современной молекулярно-кинетической теории.

Получение твёрдой ртути

В декабре 1759 года Михаил Ломоносов вместе с Иосифом Брауном в ходе опытов получили ртуть в твёрдом состоянии. До этого подобного результата не удавалось получить ни одному учёному в мире. В 1760 году Ломоносов доказал электропроводность и «ковкость» ртути, что стало основанием для отнесения этого вещества к металлам.

Разработка принципов физической химии

Михаилом Ломоносовым были заложены основы новой науки: физической химии. Как писал учёный, «физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях». Ныне физическая химия определяется как наука об общих законах строения, структуры и превращения химических веществ, исследующая химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики.

Разработка принципов экономической географии

Ломоносов, возглавлявший географический департамент Академии Наук, ввёл термин «экономическая география», определив её как дисциплину, изучающую хозяйство, природные и трудовые ресурсы страны. Учёным были заложены основы изучения России в рамках экономической географии.

Наука о стекле и создание мозаик

Наука о стекле возникла на стыке физики и химии, став областью физико-химических исследований в рамках физической химии.

Ломоносов разрабатывал не только теорию, но и технологии производства, в частности, основы производства цветных стекол и методику варки смальт. В основанной им мастерской создавались уникальные мозаичные картины, в том числе знаменитая мозаика «Полтавская битва».

Создание «Российской грамматики»

В 1755 году была издана «Российская грамматика» Михаила Ломоносова, одна из первых русских грамматик, выдержавшая 14 переизданий. Ломоносов выделял в российской азбуке 30 букв, определял восемь частей речи, шесть падежей, десять временных форм глагола, три наклонения и шесть залогов.

«Грамматика» Ломоносова стала базой для дальнейшего развития русской филологии.

Реформа русского стихосложения

Вместе с Василием Тредиаковским Михаил Ломоносов стоял у истоков силлабо-тонического стихосложения в России. Силлабо-тоническое стихосложение — это способ организации стихотворения, при котором ударные и безударные слоги чередуются в определённом порядке, неизменном для всех строк стихотворения. В XIX веке силлабо-тоническое стихосложение безраздельно господствовало в русской поэзии, при его помощи были написаны лучшие произведения так называемого «золотого века» русской поэзии.

Введение новых слов в русский язык

Научная деятельность Михаила Ломоносова сопровождалась выработкой новых слов и терминов, которые с лёгкой руки учёного входили не только в научную практику, но и в повседневную жизнь.

Некоторые из слов, появившихся в русском языке благодаря Ломоносову: «атмосфера», «микроскоп», «минус», «полюс», «формула», «периферия», «горизонт», «диаметр», «радиус», «пропорция», «барометр», «манометр», «эклиптика», «метеорология», «оптика», «вязкость», «кристаллизация», «материя», «эфир», «селитра», «сулема», «поташ».

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Корпускула

Cтраница 2

Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе.  [16]

Корпускула 8 есть собрание элементов, образующее одну малую массу.  [17]

Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом.  [18]

Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел.  [19]

Корпускулы, состоящие непосредственно из элементов, называются первичными.  [20]

Корпускулы, состоящие из нескольких первичных и притом различных, называются производными.  [21]

Корпускула ( corpuscula) — уменьшительное от слова corpus — тело.  [22]

Корпускулы совершенно недоступны для зрения ( § 1), поэтому свойства их и способ взаимного расположения должно исследовать при помощи рассуждения.  [23]

Корпускулы, имеющие основанием своего сложения элементы, называются первичными.  [24]

Корпускулы, имеющие основание своего сложения в других меньших, чем они, корпускулах, суть производные.  [25]

Корпускулы разнородны, если различаются массою или фигурою, или тем и другим одновременно.  [26]

Корпускулы А и В отличаются в отношении соприкосновения от корпускул С и D, если их площади соприкосновения имеют разное отношение к сторонам соприкосновения; они сходны, если площади находятся в одинаковом отношении к сторонам соприкосновения.  [27]

Корпускулы Л и В отличаются в отношении соприкосновения от корпускул Си D, во-первых, если стороны соприкосновения корпускул А и В будут больше, чем стороны соприкосновения корпускул С и D, a площадь соприкосновения корпускулы А ч В будут иметь равную площади соприкосновения корпускул С и D или же меньшую; во-вторых, если стороны соприкосновения корпускул А и В, С и D одинаковы, но площади соприкосновения их различаются протяженностью.  [28]

Корпускулы сцепляются опосредствованно, если между сторонами соприкосновения их проникают одна или несколько инородных корпускул и связывают их противоположными сторонами, приставая к ним. Они сцеплены непосредственно, если связаны без внедрения каких-либо инородных корпускул.  [29]

Корпускулы Декарта в результате взаимодействия шлифуются, изменяя свою форму, величину и скорость, и, таким образом, один сорт корпускул может превращаться в другой. Кроме того, Декарт предлагает теорию о трех элементах ( эфир, воздух и земля), состоящих из корпускул различной величины и обладающих различной скоростью, причем считает частицы эфира наименьшими и быстрейшими. Эти идеи близки взглядам Зен-нерта.  [30]

Страницы:      1    2    3

понятие, автор, основные принципы и расчеты

Что такое свет? Этот вопрос интересовал человечество во все века, но только в XX столетии нашей эры удалось прояснить многое относительно природы этого феномена. В данной статье речь пойдет о корпускулярной теории света, о ее преимуществах и недостатках.

От философов античного мира до Христиана Гюйгенса и Исаака Ньютона

Некоторое сохранившиеся до нашего времени свидетельства говорят, что природой света начали интересоваться еще в древнем Египте и античной Греции. Сначала полагали, что предметы испускают изображения самих себя. Последние, попадая в глаз человека, создают впечатление видимости объектов.

Затем, во время становления философской мысли в Греции, появилась новая теория Аристотеля, который полагал, что каждый человек из глаз испускает некоторые лучи, благодаря которым он может «ощупывать» предметы.

Средние века не внесли никакой ясности в рассматриваемый вопрос, новые достижения пришли только с эпохой Возрождения и революцией в науке. В частности, во второй половине XVII века появились две совершенно противоположные теории, которые стремились объяснить феномены, связанные со светом. Речь идет о волновой теории Христиана Гюйгенса и корпускулярной теории Исаака Ньютона.

Несмотря на некоторые успехи волновой теории, она все же имела ряд важных недостатков:

• полагала, что свет распространяется в эфире, который никогда никем не был обнаружен;
• поперечный характер волн говорил о том, что эфир должен был быть твердой средой.

Принимая во внимание эти недостатки, а также учитывая огромный авторитет Ньютона на тот момент, теория частиц-корпускул была принята единогласно в кругу ученых.

Суть корпускулярной теории света

Идея Ньютона максимально проста: если все окружающие нас тела и процессы описываются законами классической механики, в которой участвуют тела конечной массы, то значит, и свет представляет собой маленькие частички или корпускулы. Они движутся в пространстве с определенной скоростью, если встречают препятствие, то отражаются от него. Последнее, например, объясняет факт существования тени у объекта. Эти представления о свете просуществовали до начала XIX, то есть около 150 лет.

Любопытно отметить, что ньютоновскую корпускулярную теорию Ломоносов в середине XVIII века использовал для объяснения поведения газов, что излагается в его работе «Элементы математической химии». Ломоносов считал газ состоящим из частиц-корпускул.

Что объясняла ньютоновская теория?

Изложенные представления о свете сделали огромный шаг в понимании его природы. Теория корпускул Ньютона смогла объяснить следующие явления:

1. Прямолинейное распространение света в однородной среде. Действительно, если на движущуюся корпускулу света не действуют никакие внешние силы, то ее состояние с успехом описывается первым ньютоновским законом классической механики.
2. Явление отражения. Ударяясь о поверхность раздела двух сред, корпускула испытывает абсолютно упругое столкновение, в результате которого ее модуль импульса сохраняется, а сама она отражается под углом, равным углу падения.
3. Явление преломления. Ньютон полагал, что проникая в более плотную среду из менее плотной (например, из воздуха в воду), корпускула ускоряется за счет притяжения молекул плотной среды. Это ускорение приводит к изменению ее траектории ближе к нормали, то есть наблюдается эффект преломления.
4. Существование цветов. Создатель теории считал, что каждому наблюдаемому цвету соответствует своя «цветная» корпускула.

Проблемы изложенной теории и возвращение к идее Гюйгенса

Они начали возникать, когда появились открытия новых эффектов, связанных со светом. Главными из них являются дифракция (отклонение от прямолинейного распространения света при прохождении луча через щель) и интерференция (явление колец Ньютона). С обнаружением этих свойств света физики XIX века начали вспоминать о работе Гюйгенса.

В том же XIX веке Фарадей и Ленц исследовали свойства переменных электрических (магнитных) полей, а Максвелл провел соответствующие расчеты. В результате было доказано, что свет — это электромагнитная поперечная волна, которая для своего существования не требует эфира, поскольку образующие ее поля порождают друг друга в процессе распространения.

Новые открытия, связанные со светом, и идея Макса Планка

Казалось бы, корпускулярная теория Ньютона уже окончательно похоронена, но в начале XX века появляются новые результаты: оказывается, свет может «вырывать» электроны из вещества и оказывать давление на тела при падении на них. Эти явления, к которым добавился непонятный спектр абсолютно черного тела, волновая теория оказалась бессильной объяснить.

Решение было найдено Максом Планком. Он предположил, что свет взаимодействует с атомами вещества в виде маленьких порций, которые он назвал фотонами. Энергию фотона можно определить по формуле:

E = h*v.

Где v — частота фотона, h — постоянная Планка. Макс Планк, благодаря этому представлению о свете, положил начало развитию квантовой механики.

Используя идею Планка, Альберт Эйнштейн объясняет явление фотоэффекта в 1905 году, Нильс Бор — в 1912 году дает обоснование атомным спектрам излучения и поглощения, а Комптон — в 1922 году открывает эффект, который носит теперь его фамилию. Кроме того, разработанная Эйнштейном теория относительности объяснила роль гравитации в отклонении от линейного распространения пучка света.

Таким образом, работы названных ученых начала XX века возродили представления Ньютона о свете в XVII веке.

Корпускулярно-волновая теория света

Что такое свет? Это частица или волна? Во время своего распространения, будь то в среде или в безвоздушном космосе, свет проявляет свойства волны. Когда же рассматриваются его взаимодействия с веществом, то он ведет себя как материальная частица. Поэтому в настоящее время относительно света принято говорить о дуализме его свойств, которые описываются в рамках корпускулярно-волновой теории.

Частица света — фотон не обладает ни зарядом, ни массой в покое. Основная его характеристика — это энергия (или частота, что одно и то же, если обратить внимание на выражение выше). Фотон — это объект квантовомеханический, как и любая элементарная частица (электрон, протон, нейтрон), поэтому он обладает импульсом, будто является частицей, но его нельзя локализовать (определить точные координаты), будто он является волной.

Строение атома. Опыты Резерфорда. 11-й класс

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока: Расширить знания учащихся по теме, доказать ядерную модель атома с помощью опытов Резерфорда, показать недостатки данной модели. (слайд 2)

Задачи:

• Обучающие: синтез со знаниями, полученными на уроках физики и химии, необходимыми для формирования целостного представления об атоме.
• Развивающие: способствовать развитию знаний об атоме, пробудить у учащихся интерес к научно-популярной литературе, к изучению предпосылок открытия конкретных явлений, формировать у учащихся научное мировоззрение на примере истории развития взглядов на строение атома. Продолжать формировать умение самостоятельно работать с различными источниками информации, обобщать материал. Развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся.
• Воспитательные: развитие навыков коллективной работы; развитие навыков культуры общения; воспитание основ нравственного самосознания; толерантного отношения друг к другу; умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту. Показать значение опытных фактов для доказательства научных гипотез.

План урока:

1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний.
3. Изложение нового материала.
4. Отработка изученного материала.
5. Подведение итогов. Рефлексия. Домашнее задание.

Ход урока

Организационный момент.

Проблема строения атома остается актуальной и для современной науки. Элементарные частицы, ядро атома, атом, молекула – все это объекты микромира, не наблюдаемого нами. В нем действуют иные законы, чем в макромире, объекты которого мы можем наблюдать или непосредственно, или с помощью приборов.

Актуализация знаний: (слайд 3)

• Как мы узнаем о строении вещества?
• Каково строение атома?
• Как можно узнать о строении атома?
• Имеет ли ядро атома внутреннюю структуру?
• Что такое электрон?
• Входят ли электроны в состав ядра?
• Что вам известно о строении вещества?

Изложение нового материала.

Учитель физики. Сегодня на уроке мы должны доказать сложное внутреннее  строение   одной очень маленькой частички —  атома . Слово “атом ” придумал очень давно, более 2500 лет назад, древнегреческий философ Демокрит. С греческого слово “атом” переводится как “неделимый”. Так ли это? (слайд 4)

В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц – это история открытия сложного строения  атома. В конце XIX- начале XX в. идеи о  строении  атома   витали в воздухе, различные догадки ученых создавали духовную атмосферу, в которой, в конце концов, и рождалось открытие, ведь в то время ничего о внутреннем  строении  атома  не было известно.

Сообщение ученика 1:  Гипотеза о существовании атомов так же стара, как и наша цивилизация. Понятие атома существует уже по крайней мере 25 столетий.

Демокрит (460-370 гг. до н.э.). Демокрит происходил из богатого и знаменитого рода в Северной Греции. Все доставшиеся ему в наследство деньги он потратил на путешествия. За это его осудили: по греческим законам растрата отцовского имущества являлась серьезным преступлением. Но он был оправдан, так как ему удалось доказать, что в своих путешествиях он приобрел обширные знания. В конечном счете, горожане признали Демокрита мудрецом и выделили денежное содержание, которое позволило ему продолжать научные занятия. Основные элементы его картины природы таковы:

— Все тела состоят из атомов, которые неделимы и имеют неизменную форму.

— Число атомов бесконечно, число различных типов атомов тоже бесконечно.

— Атомы обладают различными выступами, углублениями и крючками, позволяющими им сцепляться друг с другом и тем самым образовывать устойчивые соединения. Философ был настолько убежденным атомистом, что даже человеческую душу представлял в виде комбинации атомов.

В России идеи о мельчайших частицах вещества развивал Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765).

Различая два вида частиц материи, он дает им названия “элементы” (равные понятию “атом”) и “корпускулы” (равные понятию “молекула”). По Ломоносову, “элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших частиц”, а “корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу”.

Английский ученый Джон Дальтон (1766-1844) впервые предпринял попытку количественного описания свойств атомов. Именно им было введено понятие атомной массы и составлена первая таблица относительных атомных масс различных химических элементов. При этом атом представляется как мельчайшая неделимая, то есть бесструктурная, частица вещества.

К концу 90-х годов 19 века было прочно установлено, что в состав вещества входят отрицательно и положительно заряженные частицы. Особенную роль в этом сыграло открытие катодных лучей и изучение их свойств.

Сообщение ученика 2: (слайд 6) Чтобы определить природу катодных лучей, английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) проводит эксперимент, в ходе которого обнаружил, что катодные лучи ведут себя как отрицательно заряженные частицы: “Поскольку катодные лучи несут отрицательный заряд, отклоняются под действием электростатической силы, как если бы они были отрицательно заряженными, и реагируют на магнитную силу точно так же, как реагировали бы на неё отрицательно заряженные тела, двигавшиеся вдоль линии распространения лучей, я не могу не прийти к заключению, что катодные лучи суть заряды отрицательного электричества, переносимые частицами материи. Тогда встаёт вопрос: что это за частицы? Являются ли они атомами, молекулами или материей в более тонком состоянии разделения? С целью пролить некоторый свет на этот вопрос я провёл целый ряд измерений отношений массы этих частиц к величине заряда, переносимого ими”.

Так открыли первую элементарную частицу с массой 9,1 • 10^-31 кг и с наименьшей величиной электрического заряда. В дальнейшем она получила название «электрон». 30 апреля 1897 г., когда Джозеф Джон Томсон доложил о своих исследованиях, считается “днём рождения” электрона.

После открытия в 1897 году электрона, входящего в состав атома, был сделан вывод о сложном строении атома. Первая достаточно разработанная модель атома была предложена Томсоном. Согласно этой модели вещество в атоме несет положительный заряд и равномерно заполняет весь объем атома. Электроны “вкраплены” в атом, словно изюм в булку. (слайд 7)

Сообщение ученика 3:  

Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества. (слайд 5)

• 1897 г — Дж. Дж. Томсон доказал существование электрона, измерил его заряд и массу.
• 1897 г — В. Вебер впервые высказал мысль об электронном строении атома (электроны входят в состав атома).
• 1905 г — Ф. Линдеман утверждал, что атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы — форму лепешки.
• 1903-1904 гг — Дж. Дж. Томсон предложил модель атома в виде положительно заряженного шара, в котором “плавают” электроны.

Учитель физики:

Модель Томсона нуждалась в экспериментальной проверке. (слайд 8)  Этой задачей занялся Эрнест Резерфорд (1871-1937 гг.) – английский ученый, известный своими исследованиями строения атома и радиоактивности, один из создателей атомной и ядерной физики. 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 году он был лауреатом Нобелевской премии за исследования радиоактивности.

В лаборатории Резерфорда были проведены следующие эксперименты (слайд ). В качестве бомбардирующих частиц взяли тяжелые частицы, которые лучше всего подходили для изучения строения атома. Чтобы, по возможности, точнее исследовать единичные столкновения частиц с атомами мишени, было желательно, чтобы сама мишень была как можно тоньше. К счастью, золотая фольга обладает тем замечательным свойством, что путем расплющивания ее можно сделать исключительно тонкой, толщиной всего лишь в 400 атомов золота.

В ранних экспериментах исследовались малые углы рассеяния и было обнаружено, что практически все частицы проходили через мишень, не отклоняясь, как если бы атомы мишени были совершенно прозрачны для бомбардирующих частиц (угол отклонения порядка одного градуса).

Затем молодому сотруднику Марсдену было поручено выяснить вопрос о том, могут ли частицы рассеиваться на большие углы? И вот в 1909 году наступил тот зимний день, когда Марсден остановил на университетской лестнице Резерфорда и совсем буднично произнес:”Вы были правы, профессор: они возвращаются…” (Позже Резерфорд вспоминал: “Это было самым невероятным событием в моей жизни. Оно было столь же невероятным, как если бы 15-дюймовый снаряд, выпущенный в кусок папиросной бумаги, отскочил от нее и ударил бы в стреляющего”). “Они” возвращались редко: в среднем одна частица из восьми тысяч. Отражение от мишени означало, что частица встретила на пути достойную преграду – массивную и положительно заряженную: только такая может с силой оттолкнуть от себя прилетевшую гостью. Редкость события говорила о крайне малых размерах преграды. И потому, пронизывая атомы мишени, лишь немногие частицы попадают в массивную атомную сердцевину. Подавляющее большинство пролетает в отдалении от нее и рассеивается на малые углы. Альфа-частицы от радиоактивного источника, пройдя через диафрагму, попадают на тонкую фольгу из золота. Она имеет толщину около микрона, т.е. состоит приблизительно из 3000 атомных слоев. Большая часть альфа-частиц легко проходит через фольгу, мало отклоняясь. Но некоторые, редкие альфа-частицы отклоняются на значительные углы и даже на углы, близкие к 180°, т.е. отбрасываются назад.

Вопрос учащимся: как можно объяснить результаты опытов?

Ответ: Результаты опыта можно объяснить следующим образом. Альфа-частицы, проходя через фольгу, проходят сквозь атомы  золота. Это возможно потому, что легкие электроны почти не влияют на движение тяжелой альфа-частицы. Так как альфа-частицы в большинстве случаев отклоняются на малые углы,  атом  в большей части своего объема пустой и лишь небольшую их часть занимает положительный заряд. Эта центральная часть атома   получила название ядра. Из опытов следует, что ядро и отталкивает альфа-частицу, причем тем сильнее, чем ближе к ядру она проходит.

Учитель физики: По соотношению между общим числом частиц и числом отклонившихся на определенные углы частиц рассчитывается размер ядра и заряд ядра. Оказалось, что радиус ядра имеет порядок 10^{— 12} см (10^{— 14} м). Заряд же ядра положителен и определяется формулой q = Z*e, где Z — порядковый номер элемента в периодической системе, а е — модуль заряда электрона.

Однако, ядерная модель атома оказалась в противоречии с классической физикой.

Противоречие 1. Согласно теории Максвелла, любой ускоренно движущийся заряд должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Электроны, обращающиеся вокруг ядра, движутся с центростремительным ускорением и, следовательно, согласно максвелловской электродинамике, должны непрерывно излучать электромагнитные волны. Но в нормальном состоянии атомы не излучают!

Противоречие 2. Повседневный опыт свидетельствует об устойчивости атомов. Но благодаря излучению электромагнитных волн энергия электронов должна непрерывно уменьшаться и они должны приближаться к ядру и в конце концов “упасть” на него. Расчеты показывают, что процесс “падения” электронов на ядро должен завершиться за время, равное 10^-8 с.

Таким образом, факт длительного существования атомов несовместим с планетарной моделью атома Резерфорда, если ее рассматривать с позиции классической электродинамики.

В конце 19 века большие успехи были достигнуты в изучении линейчатых спектров вообще и линейчатого спектра водорода в особенности. Внимательный анализ спектра водорода позволил в 1885 г учителю физики одной из швейцарских школ И. Бальмеру установить, что частоты линий в видимой части спектра водорода могут быть вычислены по формуле, которая получила позднее название формулы Бальмера. Ядерная модель Резерфорда не могла объяснить этих спектральных закономерностей.

В 1913 году датский физик Нильс Бор предпринял попытку создания качественно новой модели атома, но это тема следующего урока.

Отработка изученного материала.

А пока давайте вспомним, о чем мы говорили сегодня на уроке.

1. В чём заключается сущность модели Томсона?

2. В чём заключ

Конец корпускулярно-волновому дуализму / Habr

Нельзя запрячь в одну телегу вола и трепетную лань…
(вольный пересказ известной фразы)

Причина возникновения корпускулярно-волнового дуализма – методологическая ошибка. Сторонники волновой природы света предпочли «не замечать» важнейшие факты, противоречащие их теории, но «не замечать» не получилось и они просто вынуждены были ввести новую сущность – «эфир», что само по себе противоречит важному методологическому принципу – «бритве Оккама» (Ockham, Occam) или принципу Ньютона: «Гипотез не измышляю!».

Исправить эту ошибку можно следующим образом. Надо, всего лишь, прислушаться к Рене Декарту (Rene Descartes): «Точно определяйте значения слов, и вы избавите мир от половины недоразумений».

Смотрим, какое определение даётся термину «волна» (или «Волны») в современной физике [1]:

В. – изменения нек-рой совокупности физ. величин (полей), способные перемещаться (распространяться), удаляясь от места их возникновения, или колебаться внутри огранич. областей пространства

Вот так! Правда, авторы сразу же отказываются от своих слов следующим образом:

В совр. понимании понятие В. настолько широко и многозначно, что фактически невозможно указать ни одного признака, общего для всех видов движений или процессов, к-рые наша интуиция или традиция относит к волновым.

Вот где «собака зарыта»! Такое откровение даёт понять – почему родился этот монстр – «корпускулярно-волновой дуализм»!

Следует заметить, что этот «отказ» содержит противоречие. С одной стороны, утверждается, что

невозможно указать ни одного признака, общего для всех видов

волн. С другой стороны, я специально заменил концовку цитаты на «волн», хотя, там:

движений или процессов,

т.е. это и есть общий признак!

Итак, под словом «волны» надо понимать различные «виды движений или процессов». Но, разумеется, различных «движений» в Природе очень много, значит, нужен ещё признак (или признаки), выделяющий именно те виды движений, которые и есть «волны». Думаю, будет удобным оставить термин «волны» только для механических (классических!) волн, а для других

видов движений или процессов

придумать другой термин. Предлагаю в пределах этой статьи, называть их «волноподобными движениями» (или «явлениями» или «процессами»)…

Хотя, в принципе, я знаю общий признак, по которому

наша интуиция или традиция относит к волновым

те или иные виды движений…

Этим признаком является необходимость «среды» для существования волн. Правда, под «средой» надо понимать не известную «сплошную среду», являющуюся математической абстракцией, а «физическую среду», имеющую структуру, т.е. состоящую из большого количества элементов.

С помощью этого общего признака можно будет объединить классические (механические) волны и явления, которые я предложил назвать «волноподобными».

Итак, определение термина «волна» в самом широком смысле может звучать следующим образом.

Определение. Волна – процесс (или «движение» в широком смысле), возможный и, при соответствующих условиях, происходящий в системе из большого количества элементов.

Введя термин «система» вместо «среда» мы охватим большее количество физических явлений, которые

наша интуиция или традиция относит к волновым.

Следует также отметить, что в этом определении не налагается никаких ограничений на наличие или отсутствие разного рода связей между элементами системы или каких-либо взаимодействий между ними.

Но, самое главное, благодаря такому определению, нам не надо выдумывать монстра – корпускулярно-волновой дуализм, потому что волна – свойство большого количества корпускул (элементов) и оно не может быть свойством одной корпускулы. Корпускула только может «участвовать в волне«, но не «иметь волновые свойства«!

Опираясь на это определение, посмотрим по-новому на, так называемые, «интерференционные» и «дифракционные картины», создаваемые световыми потоками. Разумеется, все эти известные опыты, якобы, «подтверждающие» волновую природу света (и других элементарных частиц!), сразу же, нужно отнести к «волноподобным» явлениям!

Эти картины, лишь на первый взгляд, похожи на обычные (классические) волны.

Сравним известные «кольца Ньютона» с «кругами на воде», образующимися при падении камня на спокойную водную поверхность (см. Рис.1 и 2).

На рис.1 приведены кольца Ньютона в трёх вариантах: 1 — в отражённом белом свете; 2 – в зелёном; 3 – в красном [2]. А на рис.2 приведено «распространение волн от, упавшего в воду, камня» из книги [3].

——- Рис 1. Кольца Ньютона.

——- Рис 2. Распространение волн от упавшего в воду камня.

Сразу же бросается в глаза статичность колец Ньютона и динамичность волн на воде, которые, действительно, распространяются, движутся. Это первое отличие.

Второе отличие можно увидеть, сравнивая кольца Ньютона со стоячей волной. В стоячей волне также присутствует динамика – неподвижны только узлы, а гребни и впадины непрерывно движутся, как бы, меняются местами.

Третье отличие состоит в том, что кольца Ньютона существуют, пока есть освещение, а для «кругов на воде» камень является лишь первоначальным толчком, после которого они пускаются в «свободное плавание».

Все эти отличия наводят на мысль, что кольца Ньютона не являются результатом интерференции каких-то «волн», а лишь перераспределением светового потока из-за взаимодействия фотонов с атомами стекла. При этом, определяющим фактором является геометрия поверхности стекла, что легко проверяется изменением радиуса кривизны линзы или другими искажениями геометрии поверхностей. Т.е. свойства света, можно даже сказать, «второстепенны», поскольку, качественно картина колец Ньютона не зависит от цвета света или его интенсивности, а зависит от свойств среды – стекла.

С другой стороны, кольца Ньютона подпадают под наше определение, потому что здесь есть, даже не одна, а, по крайней мере, две системы: система – поток большого количества фотонов и система – большое количество атомов, составляющих стёкла. И неудивительно, что взаимодействие этих систем порождает «волноподобное» явление, которое показалось некоторым физикам одним из доказательств волновой природы света.

В книге «Понятная физика»[4] приводится такое «подтверждение» волновой природы света:

«Если свет это поток фотонов», – подумал Тейлор, – «Я смогу сделать его ничтожно редким». Он уменьшил накал лампочки до минимума и установил перед иглой несколько светофильтров. По расчетам Тейлора, в секунду на иголку попадало не больше одного фотона. Значит, ни о каком коллективном взаимодействии частиц не могло быть и речи. Он поместил установку в светонепроницаемый кожух, установил вместо экрана фотопластинку, повесил табличку «Не выключать!», взял отпуск и уехал кататься на яхте. Когда Тейлор вернулся через месяц, отдохнувший и загорелый, он проявил фотопластинку и увидел, что следы двух миллионов фотонов, поочередно попадавших в мишень в течение месяца, сложились на фотопластинке в классическую дифракционную картину. Для тех, кто успел поверить в теорию квантов, это был настоящий шок.

А теперь ещё раз глянем на наше определение волн, и, сразу же, приходим к выводу, что описанный эксперимент никоим образом не доказывает волновую природу света. А, как раз, наоборот, доказывает, что, так называемая, «дифракционная картина» не рисуется ни одним фотоном, ни двумя, ни десятью, ни сотней и, даже, ни тысячей фотонов, а только «двумя миллионами» фотонов, т.е. только «большим количеством элементов, составляющих систему«!

Обратите внимание также на то, что иголку, участвующую в этом эксперименте, никак не используют при интерпретации результатов эксперимента, хотя без иголки никакой дифракционной картины не будет и в помине!

Как видим, один и тот же эксперимент можно интерпретировать по-разному, смотря на каких основополагающих утверждениях стоим…

Литература

1. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Балдин, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др.—М.: Сов. энциклопедия. Т. I. Ааронова – Бома эффект — Длинные линии. 1988. 704с., ил.
2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. Учебное пособие для 10 класса.—М.: Просвещение, 1972.—368с.: ил.
3. Кадомцев Б.Б., Рыдник В.И. Волны вокруг нас. – М.: Знание, 1981. – 152с., ил.
4. И. Джавадов. Понятная физика. – Учебное пособие/Санкт-Петербург: Написано пером, 2014.—154с., ил.