Урок з фізики - постулати бору

Актуалізація знань. слайд 1

Що являє собою планетарна модель атома?
Назви елементи атома, позначені на малюнку стрілками.
Атом якого хімічного елемента зображений на малюнку?
У чому сутність гіпотези Макса Планка?
Чим визначається енергія атома?

Теоретичне обґрунтування постулатів Бора.

Планетарна модель атома, запропонована Резерфордом, - це спроба застосування класичних уявлень про рух тел до явищ атомних масштабів. Ця спроба виявилася неспроможною. Класичний атом нестійкий. Електрони, що рухаються по орбіті з прискоренням, повинні неминуче впасти на ядро, розтративши всю енергію на випромінювання електромагнітних хвиль (слайд 2),

Однак планетарна модель атома натрапила на принципові труднощі:

Відповідно до класичної електродинаміки, заряджена частка, що рухається з прискоренням, безперервно випромінює електромагнітну енергію. Тому електрони, рухаючись навколо ядра, т. Е. Прискорено, повинні були б безперервно втрачати енергію на випромінювання. При цьому вони за мізерну частку секунди втратили б всю свою кінетичну енергію і впали б на ядро (додаток 1).
Інші труднощі, пов'язана також з випромінюванням, полягала в наступному: якщо прийняти (відповідно до класичної електродинаміки), що частота випромінюваного електроном світла дорівнює частоті коливань електрона в атомі (т. Е. Кількістю оборотів, скоєних ним по своїй орбіті в одну секунду) або має кратне їй значення, то випромінюване світло у міру наближення електрона до ядра повинен був би безперервно змінювати свою частоту, і спектр випромінюваного ним світла повинен бути суцільним. Але це суперечить досвіду. Атом випромінює світлові хвилі цілком певних частот, типових для даного хімічного елемента, і характеризується спектром, що складається з окремих спектральних ліній - лінійчатим спектром. У лінійчатих спектрах елементів був експериментально встановлений ряд закономірностей, перша з яких була відкрита швейцарським ученим І. Бальмером (1885) в спектрі водню.

Наступний крок у розвитку уявлень про будову атома зробив в 1913 році видатний датський фізик Н. Бор. Проаналізувавши всю сукупність досвідчених фактів, Бор прийшов до висновку, що при описі поведінки атомних систем слід відмовитися від багатьох уявлень класичної фізики. Він сформулював постулати, яким повинна задовольняти нова теорія про будову атомів.

Перший постулат Бора (постулат стаціонарних станів) говорить: атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних чи квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія En. У стаціонарних станах атом не випромінює.

Цей постулат знаходиться в явному протиріччі з класичною механікою, згідно з якою енергія рухомого електрона може бути будь-хто. Він знаходиться в протиріччі і з електродинаміки, так як допускає можливість прискореного руху електронів без випромінювання електромагнітних хвиль. Відповідно до першого постулату Бора, атом характеризується системою енергетичних рівнів, кожен з яких відповідає певному стаціонарному стану (слайд 4). Механічна енергія електрона, що рухається по замкнутій траєкторії навколо позитивно зарядженого ядра, негативна. Тому всім стаціонарним станам відповідають значення енергії En <0. При En ≥ 0 электрон удаляется от ядра (ионизация). Величина |E1 | называется энергией ионизации. Состояние с энергией E1 называется основным состоянием атома.

Другий постулат Бора (правило частот) формулюється так: при переході атома з одного стаціонарного стану з енергією En в інше стаціонарне стан з енергією Em випромінюється або поглинається квант, енергія якого дорівнює різниці енергій стаціонарних станів:

де h - постійна Планка. Звідси можна висловити частоту випромінювання:

Другий постулат Бора також суперечить електродинаміки Максвелла, так як частота випромінювання визначається тільки зміною енергії атома і ніяк не залежить від характеру руху електрона.

Дуже важливим результатом теорії Бора було пояснення спектру атома водню, і сьогодні на уроці в віртуальної лабораторії ви з'ясуєте, які фотони випромінює атом водню.

Методика виконання практичної роботи

Як пояснюється походження лінійчатих спектрів теорією Бора?
У чому полягає суперечність планетарної моделі будови атома з законами класичної фізики?
Сформулюйте квантові постулати Бора.

Домашнє завдання

В якості домашнього завдання для закріплення пройденого матеріалу учням пропонується кілька теоретичних питань і розрахункових завдань:

Підготувати повідомлення на тему: «Історична роль квантових постулатів Бора»:
- їх роль у вирішенні протиріччя між планетарної моделлю атома водню і лінійчатим спектром випромінювання;
- Проблеми теорії Бора в описі механізмів випромінювання і поглинання світла складнішими атомами. (Додаток 5).

У другому енергетичному стані атом водню має енергію E2 = -3 еВ. Цей стан називається першим збудженим станом. Середній час життя атома в цьому стані (до переходу на основний рівень з випусканням фотона) дорівнює τ = 10 -8 с. Скільки обертів N зробить на орбіті електрон за цей час відповідно до планетарної моделлю атома?
В ультрафіолетовій частині спектру атома водню відомі дві спектральні лінії з довжинами хвиль λ1 = 102,57 нм і λ2 = 121,57 нм. Кожна з цих ліній виникає при переході електрона в найнижча енергетичний стан зі стаціонарного стану з більш високою енергією. Знайдіть довжину хвилі λ3 ще однієї спектральної лінії, яку, відповідно до теорії Бора, можна передбачити в спектрі водню.
Припустимо, що схема енергетичних рівнів атомів якогось елемента має вигляд, показаний на малюнку 2. і атоми знаходяться в стані з енергією Е (1). Електрон, зіткнувшись з одним з таких атомів, в результаті зіткнення отримав деяку додаткову енергію. Імпульс електрона після зіткнення з спочиваючим атомом виявився рівним 1,2'10 -24 кг'м / с. Визначте кінетичну енергію електрона до зіткнення. Можливістю випускання світла атомом при зіткненні з електроном знехтувати.

Джерела інформації:

Ваш браузер не підтримує плаваючі фрейми!