Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору».

«Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору».

Цели урока:

Образовательная – организовать деятельность учащихся по изучению постулатов Бора, описывающих основные свойства атомов; раскрыть пути выхода из кризиса классической физики.

Развивающая – содействовать развитию у школьников умений использовать научные методы познания (наблюдение, гипотеза, эксперимент).

Воспитательная – познакомить с личностью Нильса Бора, его смелыми и революционными работами, положившими начало новой физической теории.

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Вид урока: комбинированный урок.

Демонстрации: презентация.(Приложение)

Содержание.

1 Организация начала занятий.

2. Повторение изученного материала.

1. Какие физические явления подтверждают сложную структуру атома?

2. Опишите модель атома Томсона. Почему эта модель оказалась несостоятельной?

3. Расскажите о планетарной модели атома Резерфорда. Какие эксперименты послужили доказательством этой модели, в чем ее недостатки.

3. Изложение нового материала.

Учитель: продолжим изучать главу «Атомная физика», используя метод научного познания.

Материал урока будем оформлять в тетрадях, заполняя таблицу:

Ученый
Факты
Модель
Следствия
Эксперимент

Сегодня мы продолжим разговор об атоме. Попытаемся раскрыть пути выхода из кризиса классической физики, который возник в связи с тем, что модель, предложенная Резерфордом, не позволила объяснить устойчивость атома. Тема урока:«Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору».

· Факты

Опыты по рассеянию α-частиц показывают, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Данные электродинамики свидетельствуют, что движущиеся ускоренно заряды испускают электромагнитные волны, теряя энергию. Однако даже повседневные наблюдения говорят, что атомы устойчивы и, как правило, не излучают энергии. Возникло противоречие одних фактов другим.

· Модель

Это противоречие устранил Н. Бор (1913г.), создав неклассическую модель атома, базирующуюся на следующих постулатах:

I. Существуют особые стационарные состояния атома, находясь в которых атом не излучает энергию, при этом электроны в атоме движутся с ускорением. Каждому стационарному состоянию соответствует определенная энергия .

II. Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией . Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний:

На основе перечисленных фактов построена теоретическая модель водородоподобного атома. Для наглядного представления возможных энергетических состояний атомов используются энергетические диаграммы, на которых каждое стационарное состояние атома отмечается горизонтальной линией, называемой энергетическим уровнем. Состояние с минимальной энергией Е₁ называют основным состоянием. Все остальные состояния атома с энергиями Е₂, Е₃, ……, Е_Nназываются возбужденными состояниями. Отрицательная энергия состояний атома водорода физически означает, что атом устойчив и для его разрушения (удаления электрона от ядра на расстояние, при котором взаимодействием с ядром можно пренебречь) необходимо совершить работу. Значение Е > 0 соответствует электрону, проходящему мимо ядра и уходящему в бесконечность. Атом поглощает энергию при переходе из низших энергетических состояний в высшие.

Переходы атома на второй энергетический уровень с верхних уровней образуют серию Бальмера, которая дает видимые частоты излучения (частота излучения соответствует частоте видимого света).

· Следствия

Объясняет планетарную модель Резерфорда.

Одним из следствий модели атома Бора является то, что при внешних воздействиях атомы могут получать не произвольные, а лишь вполне определенные значения энергии .

Частота излучения или поглощения равна: .

Радиусы орбит меняются дискретно числам n=1,2,… (правило

квантования).

· Эксперимент

1) Экспериментальное исследование, непосредственно доказывающее существование стационарных состояний атомов осуществили Франк и Герц.Использовалась установка, схематически изображенная на рис. Стеклянный балон заполнен парами ртути при низком давлении и содержит катод, сетку,анод. Без ртути анодный ток растет непрерывно. При заполнении балона парами ртути на кривой появляются несколько максимумов и минимумов. Классическая физика не в состоянии объяснить этот экспериментальный факт.

Резкое уменьшение силы тока в цепи при достижении напряжения 4,9 В между катодом и сеткой заставляет сделать вывод, что электроны теряют кинетическую энергию равную 4,9 эВ в результате столкновения с атомами ртути. При меньших значениях энергии происходят только упругие столкновения электронов с атомами ртути, при которых электроны не передают им энергию.

Исходя из этих результатов можно сделать вывод, что разность энергий возбужденного стационарного состояния и основного стационарного состояния равнв 4,9 эВ. Этот вывод подтверждается еще одним эффектом. Пока напряжение между катодом и сеткой меньше 4,9 В, пары ртути не излучают. При достижении напряжения 4,9 В пары ртути испускают ультрафиолетовое излучение с частотой: ν = =1,2 ∙ 10¹⁵ Гц.

2) В видимой области спектра водорода находятся только четыре линии серии Бальмера, что подтверждается экспериментом.

Спектроскопические исследования в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра обнаружили серии линий Лаймана, Пашена, Брэкета, Пфунда и ультрафиолетовую часть серии линий Бальмера. Значит теория Бора верно предсказывает реальные факты.

Ограниченность теории Бора.

Теория Бора водородоподобного атома прекрасно согласуется с экспериментом. Она показала неприменимость классической физики к внутриатомным явлениям: в микромире определяющими являются квантовые законы. Однако эта теория не отменяет классическую физику.

Н. Бором в 1923 г. был сформулирован принцип соответствия, согласно которому законы квантовой физики включают в себя законы классической физики.

По теории Бора электрон, движущийся по орбите не излучает электромагнитную волну; излучение происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую.

Сближение результатов квантовой и классической теории происходит при больших значениях квантового числа n. В этом случае уровни энергий стационарных состояний сближаются настолько, что переход атома из одного квантового состояния в соседнее становится неотличим от процесса непрерывного излучения энергии.

Однако эксперимент показывает, что закономерности оптических спектров любого атома, в котором более чем один электрон, не могут быть получены, как следствия теории Бора. Правило квантования применимо не всегда. Представление об определенных орбитах, по которым движутся электроны в атоме, оказалось условным.

К недостаткам теории Бора относится ее противоречивость: эта теория и не классическая, и не квантовая, а то и другое вместе; она представляет собой переходный этап от классической к квантовой физике.

4. Закрепление изученного материала:

1. В каком состоянии энергия электрона меньше: в основном или в возбужденном?

2. Определите наименьшую энергию, которую надо сообщить атому водорода, чтобы перевести его в ионизированное состояние.

3. Сколько квантов с различной энергией может испустить атом водорода, если он находится в третьем энергетическом состоянии?

4. Какие новые закономерности микромира открыл Н. Бор? Почему они были сформулированы в виде постулатов? Чем они противоречат классическим представлениям?

Самостоятельная работа по теме «Строение атома».

1 Вариант.

1. Модель атома Томсона состоит из:

1) Электрически нейтрального шара

2) Положительно заряженного шара с вкраплениями электронов

3) Положительно заряженное тело малых размеров, вокруг которого движутся электроны

4) Отрицательно заряженное тело малых размеров, вокруг которого движутся альфа-частицы.

2. Планетарная модель атома обоснована опытами по

1) Растворению и плавлению твердых тел

2) Ионизации газа

3) Химическому получению новых веществ

4) Рассеянию α-частиц

3. В опыте Резерфорда α-частицы рассеиваются

1) Электростатическим полем ядра атома

2) Электронной оболочкой атомов мишени

3) Гравитационным полем ядра атомов

4) Поверхностью мишени

4. Согласно постулатам Бора частота электромагнитного излучения, возникающего при переходе атома из возбужденного состояния с энергией Е₁ в основное состояние с энергией Е₀, вычисляется по формуле

1) 2) 3) 4)

5. Длина волны фотона, излучаемого атомом при переходе из возбужденного состояния с энергией Е₁ в основное состояние с энергией Е₀, равна

1) 2) 3) 4)

6. Будем считать, что потенциальная энергия взаимодействия протона с электроном равна нулю, если расстояние между ними неограниченно велико. Тогда энергия взаимодействия ядра и электрона в атоме водорода

1) Больше нуля 2) равна нулю 3) меньше нуля 4) больше или меньше нуля в зависимости от расстояния

7. На рисунке приведены фотографии спектра поглощения неизвестного газа и спектров поглощения известных веществ. По анализу спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит в заметном количестве

1) Водород (Н), гелий (Не) и натрий (Nа)

2) Только натрий (Nа) и водород (Н)

3) Только натрий (Nа) и гелий (Не)

4) Только водород (Н) и гелий (Не)

8. Излучение лазера – это

1) Тепловое излучение

2) Вынужденное излучение

3) Спонтанное (самопроизвольное) излучение

4) люминесценция

2 Вариант.

1. В планетарной модели атома Резерфорда моделью ядра служит

1) Электрически нейтральный шар

2) Положительно заряженный шар с вкраплениями электронов

3) Отрицательно заряженное тело малых по сравнению с атомом размеров

4) Положительно заряженное тело малых по сравнению с атомом размеров

2. Планетарная модель атома обоснована

1) Расчетами движения небесных тел

2) Опытами по электризации

3) Опытами по рассеянию α-частиц

4) Фотографиями атомов, сделанных с помощью микроскопа

3. В опыте Резерфорда большая часть α-частиц свободно проходит сквозь фольгу, практически не отклоняясь от прямолинейных траекторий, потому что

1) Ядро имеет положительный заряд

2) Электроны имеют отрицательный заряд

3) Ядро атома имеет малые (по сравнению с атомом) размеры

4) α-частицы имеют большую (по сравнению с ядрами атомов) массу

4. Согласно постулатам Бора, энергия фотона, поглощаемого атомом при переходе атома из основного состояния с энергией Е₀ в возбужденное состояние с энергией Е₁, равна

1) Е₁ – Е₀ 2) 3) 4) Е₁ + Е₀

5. Частота фотона, поглощаемого атомом при переходе атома из основного состояния с энергией Е₀ в возбужденное состояние с энергией Е₁, равна

1) 2) 3) 4)

6. Сколько фотонов различной частоты могут испускать атомы водорода, находившиеся во втором возбужденном состоянии Е₂, согласно постулатам Бора?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

7. На рисунке приведен спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения паров известных металлов. По виду спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит в заметном количестве атомы

1) Только стронция (Sr) и калия (Са)

2) Только натрия (Nа) и стронция (Sr)

3) Только стронция (Sr), калия (Са) и натрия (Nа)

4) Стронция (Sr), калия (Са), натрия (Nа) и другого вещества.

8. Интерференцию света с помощью лазерной указки показать легче, чем с помощью обычного источника, т.к. пучок света, даваемый лазером, более

1) мощный 2) когерентный 3) расходящийся 4) яркий

Ответы прислать на электронную почту kma1986max@mail.ru

Указать ФИО, курс, группу.