16.1 — Модели атома

Опыт Резерфорда показал, что положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в малом ядре, а электронная оболочка занимает основной объём.

ФГОС · 9 классФОП · базовый уровеньинтерактивная модель

атомядроэлектронпротоннейтронизотоп

Физическая картина

Что происходит и какие границы имеет модель.

Главная идея

Большинство альфа-частиц проходит сквозь фольгу почти без отклонения — атом в основном пуст.
Редкие сильные отклонения указывают на компактное положительное ядро.
Современная квантовая модель описывает вероятности, а не классические орбиты электронов.

Как рассуждатьСначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.

Законы и величины

Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.

Z=N_p

зарядовое число

A=Z+N

массовое число

Разбор ситуации

Изотопы одного элемента имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов и поэтому разные массовые числа.

Связи и применение

В реальном мире

Проверка модели

Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.

Что нужно понимать

Результат 1Объяснять физический смысл темы «Модели атома» через модель, а не только через формулу.

Результат 2Различать и корректно использовать термины: атом, ядро, электрон.

Результат 3Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.

Термины темы

Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.

атом: Электрически нейтральная система из положительного ядра и электронной оболочки.
ядро: Центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов и содержащая почти всю его массу.
электрон: Стабильная элементарная частица с отрицательным элементарным электрическим зарядом.
протон: Положительно заряженный нуклон, заряд которого по модулю равен заряду электрона.
нейтрон: Электрически нейтральный нуклон, входящий вместе с протонами в состав атомных ядер.
изотоп: Разновидность элемента с тем же числом протонов, но другим числом нейтронов.

Происхождение и вывод формул

Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.

Z=N_p

следствие модели

Зарядовое число. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

q_{\text{ядра}}=N_p e

Каждый протон несёт положительный элементарный заряд e, поэтому заряд ядра определяется числом протонов.

q_{\text{ядра}}=Ze

Зарядовое число Z вводят как число элементарных положительных зарядов ядра.

Ze=N_pe\Rightarrow Z=N_p

Сопоставление двух записей даёт определительное равенство зарядового числа и числа протонов.

Условия: Атомное ядро; N_p — целое число протонов, Z — порядковый номер химического элемента. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

A=Z+N

определение

Массовое число. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

N_{\text{нуклонов}}=N_p+N_n

Ядро состоит из нуклонов двух видов: протонов и нейтронов.

A\equiv N_{\text{нуклонов}},\quad Z=N_p,\quad N=N_n

Массовое число A вводят как общее число нуклонов; Z и N обозначают числа протонов и нейтронов.

A=Z+N

Подстановка обозначений даёт определительную связь, не являющуюся приближением массы ядра в килограммах.

Условия: Конкретный нуклид; A, Z и N — неотрицательные целые счётные числа, причём A не равно точной относительной атомной массе. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

Границы модели и типичные ошибки

Ошибка: забыть условие моделиНельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Большинство альфа-частиц проходит сквозь фольгу почти без отклонения — атом в основном пуст.

Как проверить рассуждениеРедкие сильные отклонения указывают на компактное положительное ядро. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.

Вывод по теме

Модели атома

Большинство альфа-частиц проходит сквозь фольгу почти без отклонения — атом в основном пуст.
Редкие сильные отклонения указывают на компактное положительное ядро.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.

Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.