Квантовые явления. Опыты Резерфорда.
Кванты. Радиоактивность

Опорный конспект по физике в 9 классе по темам «Квантовые явления. Опыты Резерфорда и планетарная модель атома. Модель атома Бора. Испускание и поглощение света атомом. Кванты. Линейчатые спектры. Радиоактивность. Альфа-, бета- и гамма-излучения». Обновлен 15.08.2026 г. Вернуться к Списку конспектов по физике

Проверяемые элементы содержания (ПЭС):
👉 ФОП ООО: 12.1. Опыты Резерфорда и планетарная модель атома. Модель атома Бора. 12.2. Испускание и поглощение света атомом. Кванты. Линейчатые спектры. 12.3. Радиоактивность. Альфа-, бета- и гамма-излучения.
👉 ОГЭ: 4.1 Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Реакции альфа- и бета-распада
4.2 Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Планетарная модель атома.

Самый захватывающий и революционный раздел физики — квантовая физика. Мы переходим из мира макроскопических законов (механика, оптика) в мир атомов и ядер, где классические законы перестают работать, и начинается магия квантов. Разберем, как Резерфорд «увидел» ядро атома, почему электроны не падают на ядро, что такое кванты и как мы узнаём, из чего состоит звезда, глядя на её свет.

Кризис классической физики. Рождение квантов

К концу XIX века казалось, что физика почти завершена. Ньютон объяснил механику, Максвелл — электромагнетизм, термодинамика была описана. Но осталось два «облачка» на горизонте науки, которые перевернули всё:
1. Строение атома — непонятно, как устроен атом.
2. Излучение абсолютно черного тела — классическая физика не могла объяснить, почему нагретые тела излучают именно так, а не иначе.

📌 Квант (от лат. quantum — «сколько») — это минимальная неделимая порция энергии.

В 1900 году Макс Планк предположил, что энергия излучается и поглощается порциями (квантами), а не непрерывно. Формула:

\( E = h \cdot \nu \)

• \( E \) — энергия кванта (Дж)
• \( h = 6,63 \cdot 10^{-34} \, Дж \cdot с \) — постоянная Планка (это одна из фундаментальных констант мира).
• \( \nu \) — частота излучения (Гц).

Это была революция. Энергия стала дискретной (прерывистой), как ступеньки лестницы.

Опыты Резерфорда (1911) — КАК мы увидели ядро

До Резерфорда существовала модель атома Томсона: положительно заряженный шар, внутри которого вкраплены электроны, как «изюм в пудинге».

Эксперимент Резерфорда (схема):
1. Резерфорд бомбардировал тончайшую золотую фольгу альфа-частицами (положительно заряженные ядра гелия).
2. За фольгой стоял экран, который светился при попадании альфа-частиц.

Результаты:
• Большинство частиц проходили сквозь фольгу почти не отклоняясь.
• Некоторые отклонялись на небольшие углы.
• Очень редко (1 из 10 000) частицы отскакивали назад!

Выводы Резерфорда:
1. Атом почти пуст (раз большинство частиц пролетели насквозь).
2. В центре атома находится маленькое, но очень массивное и положительно заряженное ядро (раз редкие частицы отскакивали назад).
3. Вокруг ядра вращаются лёгкие отрицательные электроны.

📌 Планетарная модель атома: электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца.

Модель атома Бора (1913) — Почему атом не падает?

Планетарная модель была красива, но имела致命 (фатальный) недостаток: по законам классической физики, электроны, двигаясь по окружности с ускорением, должны излучать электромагнитные волны, терять энергию и упасть на ядро. Атом бы существовал долю секунды.

📌 Нильс Бор предложил выход (квантовые постулаты):
Постулат Бора №1 (стационарные орбиты):
Электрон может двигаться только по строго определённым (стационарным) орбитам. На этих орбитах он не излучает энергию. Каждая орбита имеет свой уровень энергии \( E_1, E_2, E_3 … \).
Постулат Бора №2 (кванты света):
При переходе электрона с одной орбиты на другую атом поглощает или испускает квант энергии:

\( E_2 \mathbin{-} E_1 = h \cdot \nu \)

• Если электрон переходит с высокой орбиты (\( E_2 \)) на низкую (\( E_1 \)) — атом излучает свет (энергия уходит в фотон).
• Если электрон переходит с низкой на высокую — атом поглощает свет (энергия приходит извне).

Схема:
• Возбуждённое состояние: электрон на высокой орбите (атом получил энергию извне).
• Основное состояние: электрон на самой низкой орбите (самая устойчивая конфигурация).
• При переходе вниз — испускается фотон (свет).
• При переходе вверх — поглощается фотон.

Линейчатые спектры (Спектральный паспорт атома)

Если пропустить свет от раскалённого газа через спектроскоп, мы увидим не сплошную радугу, а отдельные цветные линии на тёмном фоне.
📌 Линейчатый спектр — это спектр, состоящий из отдельных ярких линий. Каждый химический элемент даёт свой уникальный набор линий.

Почему это происходит? Каждый атом имеет свой набор орбит (\( E_1, E_2, E_3 \)). Переходы между ними дают строго определённые частоты (\( \nu = (E_2 \mathbin{-} E_1)/h \)). Это как «отпечатки пальцев» атома.

Применение:
• По спектру можно определить химический состав вещества (например, звёзд, далёких галактик).
• Если спектр линейчатый — это газ (светят отдельные атомы).
• Если спектр сплошной (радуга без разрывов) — это раскалённое твёрдое тело или жидкость.

Радиоактивность (Открытие, перевернувшее мир)

В 1896 году Беккерель обнаружил, что соли урана самопроизвольно излучают невидимые лучи, которые засвечивают фотопластинку. Это явление назвали радиоактивностью.
📌 Радиоактивность — это самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием частиц и излучением.

Альфа-, бета- и гамма-излучения

Мария и Пьер Кюри выяснили, что радиоактивное излучение состоит из трёх компонентов (в магнитном поле они отклоняются по-разному).

Практический вывод: Альфа-излучение опасно при попадании внутрь организма, гамма-излучение проникает сквозь всё тело — нужна толстая защита (свинец, бетон).

Решение типовых задач

ЗАДАЧА №1 (Энергия кванта)
Условие: Частота излучения равна \( 5 \cdot 10^{14} \, Гц \). Найдите энергию кванта. (\( h = 6,63 \cdot 10^{-34} \, Дж \cdot с \)).
Дано:
\( \nu = 5 \cdot 10^{14} \, Гц \)
\( h = 6,63 \cdot 10^{-34} \)
Решение:
\( E = h \cdot \nu = 6,63 \cdot 10^{-34} \cdot 5 \cdot 10^{14} = 33,15 \cdot 10^{-20} \approx 3,3 \cdot 10^{-19} \, Дж \).
Ответ: \( \approx 3,3 \cdot 10^{-19} \, Дж \).

ЗАДАЧА №2 (Идентификация излучения)
Условие: В магнитном поле пучок радиоактивного излучения разделился на три компонента. Один из них отклонился в сторону положительного полюса магнита, второй — в сторону отрицательного, третий — не отклонился. Назовите эти излучения.
Решение:
1. Отклонился в сторону положительного полюса (притягивается к «+») → это отрицательные частицы → бета-излучение.
2. Отклонился в сторону отрицательного полюса → это положительные частицы → альфа-излучение.
3. Не отклонился → это нейтральные частицы → гамма-излучение.
Ответ: Альфа, бета, гамма.

ЗАДАЧА №3 (Спектральный анализ)
Условие: При исследовании спектра звезды были обнаружены линии, соответствующие водороду, гелию и натрию. Что это означает?
Решение:
Линейчатый спектр — это «отпечаток» атома. Наличие линий этих элементов означает, что в атмосфере звезды присутствуют водород, гелий и натрий.
Ответ: Атмосфера звезды содержит водород, гелий и натрий.

Шпаргалка – Квантовые явления

(с) Ниже в учебных целях использованы схемы из учебного пособия «Физикa в таблицaх и схeмах: Все темы школьной программы. 7—11 классы. — СПб.: Издательский Дом «Литeрa», 2023», автор: Янчeвскaя О. В.

❓ Вопрос на подумать (К следующей теме): Если альфа-частица — это ядро гелия (\( \frac{4}{2}He \)), бета-частица — это электрон (\( \frac{0}{-1}e \)), а гамма — это фотон. Что произойдёт с ядром атома, если оно испустит альфа-частицу?

(Подсказка: Заряд ядра уменьшится на 2, масса — на 4. Следующая тема — Строение атомного ядра и изотопы — научит нас записывать эти превращения как ядерные реакции!).

Конспект урока по физике для 9 класса «Квантовые явления. Опыты Резерфорда и планетарная модель атома. Модель атома Бора. Испускание и поглощение света атомом. Кванты. Линейчатые спектры. Радиоактивность. Альфа-, бета- и гамма-излучения». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике