Строение атома Скачать
презентацию
<<  Строение атома опыт Резерфорда Строение атома  >>
Энергия электрона в атоме водорода
Энергия электрона в атоме водорода
Опыты Франка и Герца
Опыты Франка и Герца
Электрон
Электрон
Фото из презентации «Суть постулатов Бора» к уроку физики на тему «Строение атома»

Автор: kyy. Чтобы познакомиться с фотографией в полном размере, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все фотографии на уроке физики, скачайте бесплатно презентацию «Суть постулатов Бора» со всеми фотографиями в zip-архиве размером 99 КБ.

Скачать презентацию

Суть постулатов Бора

содержание презентации «Суть постулатов Бора»
Сл Текст Эф Сл Текст Эф
1Постулаты Бора. В 1913 г. Бор создал первую0 10равен. Первый боровский радиус принят за единицу длины0
неклассическую теорию атома. В основе этой теории в атомной физике.
лежала идея связать в единое целое три результата, 11Энергия электрона в атоме водорода (или0
полученные в физике к тому времени: а) эмпирические соответствующем ионе) складывается из кинетической
закономерности линейчатого спектра атома водорода, энергии К и потенциальной энергии U притяжения
выраженные в формуле Бальмера - Ридберга; б) ядерную электрона к ядру: (28.11). На рис. 28.4 изображена
модель атома Резерфорда, не допускающую классического графически зависимость U(r) для электрона в поле ядра с
истолкования; в) квантовый характер излучения и зарядом Ze. Ядро находится в начале координат.
поглощения света. Подставим в (28.11) выражение для r (см. (28.10)).
2Для решения этой задачи Бор, сохраняя классический0 Получим. (28.12). Здесь мы использовали формулу (28.9),
подход к описанию поведения электрона в атоме, выдвинул а также то, что потенциальная энергия притяжения
три постулата, которые называются постулатами Бора. электрона к ядру отрицательна и имеет вид. Рис. 28.4.
Сразу же заметим, что физический смысл этих постулатов 12Сравнивая формулы (28.8) и (28.12) и полагая для0
не только не мог быть объяснен в классической физике, водорода Z = 1, получим выражение для постоянной
но, более того, находился в глубоком противоречии с Ридберга: (28.13). Итак, для водородоподобного иона
классическим описанием движения электрона в атоме. энергия в некотором стационарном состоянии имеет вид
Подлинный смысл и значение постулатов Бора вскрылись (ср. с (28.8)). (28.14). А волновые числа спектральных
позднее, после создания квантовой механики. Теория Бора линий выражаются формулой (ср. С (28.5)). (28.15).
развивалась им для атома водорода и так называемых Нетрудно заметить, что, кроме использования постулатов
водородоподобных систем, состоящих из ядра с зарядом Ze Бора, вывод формулы (28.12) носит чисто классический
и одного электрона, движущегося вокруг ядра. Примерами характер. Все описание поведения электрона в атоме
подобных систем являются однократно ионизованный гелий проводится так, как если бы это была обычная
(Не+), двукратно ионизованный литий (Li++) и другие классическая частица. В этом проявляется
ионы. Такие системы называются также изоэлектронными непоследовательность теории Бора.
водороду. Для водородоподобных систем все сериальные 13Опыты Франка и Герца. Первый и третий постулаты0
формулы, в частности формулы (28.5), вместо R содержат Бора были экспериментально подтверждены в опытах Франка
произведение RZ2. и Герца, поставленных в 1913 г. В этих опытах изучалось
3Первый постулат Бора называется постулатом0 прохождение через газы пучка электронов, ускоренных в
стационарных состояний. Он заключается в следующем: в электрическом поле. Первые опыты были проведены с
атоме существуют некоторые стационарные состояния, не прохождением электронов через пары ртути. Схема опытов
изменяющиеся во времени без внешних воздействий. В этих изображена на рис. 28.5. В стеклянный сосуд, в котором
состояниях атом не излучает электромагнитных волн. находились пары ртути при давлении около 13,3 Па,
Стационарным состояниям атома соответствуют помещались накаленный катод К, испускающий электроны,
стационарные орбиты, по которым движутся электроны. анод А, соединенный. с гальванометром G, и сетчатый
Несмотря на то, что электроны движутся ускоренно, они электрод S. Между катодом и сеткой создавалось
не излучают электромагнитных волн. В этом утверждении электрическое поле, ускоряющее электроны до энергии е?1
первого постулата Бора содержится отказ от выводов где ?1- разность потенциалов между катодом и сеткой, е
классической электродинамики об излучении энергии - заряд электрона. Между сеткой и анодом создавалось
ускоренно движущимся зарядом. Второй постулат Бора слабое замедляющее поле с разностью потенциалов ?а не
называется правилом квантования орбит и утверждает, что более 0,5 В. Рис. 28.5.
в стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по 14При прохождении электронов через пары ртути0
круговой орбите, должен иметь дискретные, квантованные происходят соударения электронов с атомами ртути.
значения момента импульса: (28.6). Столкновения электронов с атомами могут быть двух
4Здесь т — масса электрона, ? — его скорость, r —0 типов. Первый тип столкновений — упругие соударения, в
радиус круговой орбиты, = h/2?. Второй постулат Бора результате которых скорости и энергии электронов не
получает простое истолкование в квантовой механике. изменяются, а лишь происходят изменения направлений
Аналогично тому, что мы имеем в задачах о потенциальном скоростей электронов. Второй тип столкновений —
ящике и гармоническом осцилляторе, на длине круговой неупругие соударения, при которых электроны теряют свою
орбиты 2?r должно уложиться целое число длин волн де энергию и передают ее атомам ртути. Упругие соударения
Бройля ?: 2?r = n?. Воспользуемся формулой, электронов с атомами ртути не могут воспрепятствовать
определяющей длину волны де Бройля. Тогда получим. что электронам попадать на анод. Ускоряющее электрическое
совпадает со вторым постулатом Бора (25.6). поле между К и S по мере возрастания разности
5Eп – eт = h? ?E =. Третий постулат Бора, или0 потенциалов ?1 должно вызывать возрастание анодного
правило частот, устанавливает, что при переходе атома тока в трубке, и упругие столкновения не могут нарушить
из одного стационарного состояния в другое испускается этой закономерности. Неупругие столкновения могут
или поглощается один квант энергии. Излучение явиться причиной практически полного отсутствия
происходит при переходе атома из состояния с большей анодного тока. В самом деле, если электроны при
энергией в состояние с меньшей энергией. Этому неупругом столкновении с атомами ртути потеряют свою
соответствует переход электрона с орбиты, более энергию настолько, что они не смогут преодолеть
удаленной от ядра, на более близкую к ядру орбиту. слабого.
Поглощение атомом энергии сопровождается переходом 15задерживающего поля между сеткой S и анодом А,0
атома из состояния с меньшей энергией в состояние с анодный ток должен практически упасть до нуля. По
большей энергией. Этому соответствует переход электрона первому постулату Бора, атом ртути не может принять от
с орбиты, близкой к ядру, на более удаленную от ядра электрона любую порцию энергии. Атом может воспринять
орбиту. Излучение или поглощение атомом лишь такую энергию, которой будет достаточно для
электромагнитных волн приводит к изменению энергии перехода атома в одно из возбужденных энергетических
атома, пропорциональному частоте этих волн. Если ?E состояний. Ближайшим к основному, невозбужденному
есть изменение энергии атома в результате излучения или состоянию атома ртути является возбужденное состояние,
поглощения электромагнитных волн, Eп и Eт — энергии отстоящее от основного по шкале энергий на 4,86 эВ. До
атома в двух стационарных состояниях п и т, то правило тех пор, пока электроны, ускоряемые полем, не
частот можно записать так: (28.7). приобретут энергию е?1 = 4,86 эВ, они испытывают только
6При En > Em происходит излучение фотона, при0 упругие столкновения с атомами, не теряют своей
En<Em - его поглощение. Из третьего постулата Бора энергии, достигают анода и анодный ток возрастает. Как
следует, что атомы поглощают только те спектральные только энергия электрона достигнет значения 4,86 эВ,
линии (частоты), которые они сами могут испускать. В может произойти неупругое соударение электрона с атомом
оптике этот факт еще со времен Кирхгофа называется ртути, в результате которого.
обращением спектральных линий. 3. Первый и третий 16электрон полностью отдаст свою энергию атому. Вся0
постулаты Бора, квантовомеханическое обоснование энергия электрона пойдет на переход атома ртути из
которых мы рассмотрим далее, позволили связать между нормального энергетического состояния в возбужденное.
собой три результата, указанные в п. 1. К 1913 г. они Очевидно, что такой электрон не сможет преодолеть
были полностью подтверждены экспериментом. Второй слабого задерживающего поля между S и А и не попадет на
постулат Бора был его гениальной догадкой, анод. Таким образом, при разности потенциалов между
подтвержденной в дальнейшем экспериментально и катодом и сеткой, равной 4,86 В, должно происходить
теоретически. Сравним между собой формулы (28.5) и резкое падение анодного тока. При разности потенциалов
(28.7). Сравнение приводит к очень важному результату. 2·4,86, 3·4,86 В и т. д., когда электроны могут
Оказывается, что энергия Eп атома водорода в некотором испытать два, три и т. д. неупругих соударения с
стационарном состоянии имеет вид. (28.8). атомами ртути и потерять при этом полностью свою
7Таким образом, целые числа, которые входят в0 энергию, должно происходить то же самое. Характерная
сериальную формулу (28.5), определяют дискретные, зависимость анодного тока от разности потенциалов между
квантованные значения энергии атома водорода в катодом и сеткой в. Рис. 28.5. 15. 10.
соответствующих состояниях. Энергетические уровни атома 17опытах Франка —Герца приведена на рис. 28.6. При ?10
водорода обратно пропорциональны квадратам целых чисел = 4,86 В, 9,72 В и 14,58 В происходит резкое падение
(при этом предполагается, что ядро атома неподвижно и анодного тока, подтверждающее справедливость первого
энергия водородоподобной системы равна энергии постулата Бора. В опытах Франка и Герца получил
движущегося электрона. Учет движения ядра приводит к экспериментальное подтверждение третий постулат Бора
незначительным изменениям результатов.). Целое число n, (правило частот). Ртутные пары, находящиеся в трубке, с
определяющее энергетический уровень атома водорода, которой производились опыты, оказались источниками
называется главным квантовым числом. Энергетическое ультрафиолетового свечения с длиной волны 253,7 нм.
состояние, соответствующее значению n = 1, называется Излучение ртутных паров связано с тем, что атомы ртути,
основным или нормальным (невозбужденным) состоянием. возбужденные электронным ударом, находятся на
Все состояния с n > 1 называются возбужденными. Знак возбужденном энергетическом уровне весьма
минус в формуле (28.8) — отрицательные значения непродолжительное время, порядка 10-8 с, и затем
энергетических уровней — означает, что электрон возвращаются на основной энергетический уровень.
испытывает силу притяжения к ядру, он связан с ним Согласно третьему постулату Бора, в момент перехода
кулоновской силой притяжения. атома в нормальное состояние излучается квант энергии в
8Абсолютное значение величины Еп в формуле (28.8)0 виде фотона с энергией ??= hv. По известной величине ?E
является энергией связи электрона в атоме, находящегося = 4,86 эВ=4,86·е Дж, где е = 1,6-19 Кл — заряд
в состоянии п. Под энергией связи электрона в атоме электрона, можно вычислить длину волны испускаемого
следует понимать величину работы, которую нужно света:
совершить, чтобы оторвать электрон от атома, т. е. 18Этот результат полностью согласуется с0
ионизовать атом. Иногда применяется термин: «энергия экспериментом: ртутные пары излучали главным образом
ионизации атома из данного состояния». Очевидно, что именно эту длину волны. Помимо теоретического
энергия ионизации из данного состояния равна по истолкования линейчатых спектров водородоподобных
абсолютной величине энергии связи электрона в атоме в систем, теория Бора позволила объяснить физическую
этом состоянии. Например, в основном состоянии (при n = природу так называемых характеристических рентгеновских
1) энергия ионизации Eион атома водорода составляет лучей и ряд других явлений, изложение которых выходит
13,53 эВ. Энергия электрона в основном состоянии Е1 = - за нашего курса. Теория Бора сыграла огромную роль в
13,53 эВ. На приведенном выше рис. 28.3 слева указаны создании атомной физики. В период ее развития
значения энергетических уровней атома водорода в (1913—1925 гг.) были сделаны важные открытия, часть из
электронвольтах. Сближение уровней при увеличении которых рассмотрена в лекциях. Особенно велика роль
главного квантового числа п соответствует тому, что при теории Бора в развитии атомной, а частично и
n?? энергия Еп?0. Значение Е? =0 соответствует молекулярной спектроскопии — учения о спектрах атомов и
ионизации атома. Стрелками на рис. 28.3 указаны молекул. С помощью теории Бора огромный
переходы, соответствующие излучению различных серий экспериментальный материал о спектрах атомов и молекул
спектральных линий. был систематизирован и сведен к полуэмпирическим
9Квантование энергии и вычисление постоянной0 закономерностям.
Ридберга в теории Бора. Постулаты, выдвинутые Бором, 19Однако, наряду со значительными успехами, в теории0
позволили ему теоретически рассчитать спектр водорода и Бора сразу же обнаружились существенные недостатки.
ионов, содержащих один электрон, движущийся вокруг Основным из них была внутренняя противоречивость теории
ядра. Задача состояла в теоретическом выводе формулы Бора. Она являлась соединением классической физики с
(28.8) и вычислении постоянной Ридберга, измеренной на квантовыми постулатами, противоречащими этой физике.
опыте с большой точностью. Бор считал, что электрон в Наиболее серьезной неудачей теории Бора явилась
атоме водорода движется по круговой орбите радиуса r. абсолютная невозможность с ее помощью создать теорию
На такой траектории его удерживает кулоновская сила атома гелия и вообще любых систем, содержащих ядро и
притяжения электрона к ядру, играющая роль более одного электрона. Дальнейшее развитие физики
центростремительной силы: (28.9). Или, так как ? = ?m, показало, что теория Бора, правильно объяснившая одни
где ? — угловая скорость электрона, факты и неспособная истолковать ряд других,
10Возведем в квадрат обе части соотношения (28.6),0 представляла собой определенный переходный этап на пути
заменив в нем ? на ?r: Поделим почленно друг на друга создания последовательной теории атомных и ядерных
левые и правые части двух последних формул. Тогда явлений. Такой последовательной теорией явилась
получим. (28.10). Радиусы орбит электрона в атоме квантовая механика, некоторые основы которой мы уже
водорода (Z = l) прямо пропор-циальны квадратам рассмотрели в предыдущих лекцияъ, а также рассмотрим в
главного квантового числа. В частности, радиус первой дальнейшем.
орбиты при п = 1, называемый первым боровским радиусом, 200
20 «Суть постулатов Бора» | Суть постулатов Бора 0
http://900igr.net/fotografii/fizika/Sut-postulatov-Bora/Sut-postulatov-Bora.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

133 темы
Фото
Презентация: Суть постулатов Бора | Тема: Строение атома | Урок: Физика | Вид: Фото