Презентация по физике 11 класса "Квантовые постулаты Бора"

Квантовые постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору

Федоров А.М. – учитель физики Кюкяйской СОШ Сунтарского улуса Республики Саха

Постулаты Бора

Первый постулат Бора гласит: существуют особые, станционарные состояния атома, находясь в которых атом не излучает энергию, при этом электроны в атоме движутся с укорением. Каждому стационарному состоянию соответствует определенная энергия Еn.

Согласно второму постулату Бора излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией Еn. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hvkn = Еk - Еn (12.2)

Модель атома водорода по Бору

Используя законы механики Ньютона и правило квантования, на основе которого определяются возможные стационарные состояния атома, Бор смог вычислить радиусы орбит электрона и энергии стационарных состояний атома. Минимальный радиус орбиты определяет размеры атома. На рисунке 12.4 значения энергий стационарных состояний (в электрон- вольтах1) отложены на вертикальной оси.
В атомной физике энергию принято выражать в электронвольтах (сокращенно эВ). 1 эВ равен энергии, приобретаемой электроном при прохождении им разности потенциалов 1 В: 1 эВ = 1,6 • 10-19 Дж.
Теория Бора приводит к количественному согласию с экспериментом для значений этих частот. Все частоты излучений атома водорода составляют в своей совокупности ряд серий, каждая из которых образуется при переходах атома в одно из энергетических состояний со всех верхних энергетических состояний (состояний с большей энергией).

Серия Бальмера

Переходы в первое возбужденное состояние (на второй энергетический уровень) с верхних уровней образуют серию Балъмера. На рисунке 12.4 эти переходы изображены стрелками. Красная, зеленая и две синие линии в видимой части спектра водорода (см. рис. V, 3 на цветной вклейке) соответствуют переходам




Е3 → Е2, Е4 → Е2, Е3 → Е2, Е6 → Е2.

Данная серия названа по имени швейцарского учителя И. Бальмера, который еще в 1885 г. на основе экспериментальных данных получил простую формулу для определения частот видимой части спектра водорода.

Поглощение света

Поглощение света — процесс, обратный излучению. Атом, поглощая свет, переходит из низших энергетических состояний в высшие. При этом он поглощает излучение той же самой частоты, которую излучает, переходя из высших энергетических состояний в низшие.

На pис. изобpажены эти пеpеходы: стpелка, напpавленная вверх, изображает поглощение атомом фотона hν, стpелка вниз - излучение фотона той же частоты.

Трехуровневая модель лазера

Трудности теории Бора. Квантовая механика

Теория Бора является половинчатой, внутренне противоречивой. С одной стороны, при разработке теории атома водорода использовались привычные законы механики Ньютона и давно известный закон Кулона, а с другой — вводились квантовые постулаты, никак не связанные с механикой Ньютона и электродинамикой Максвелла.
Введение в физику квантовых представлений требовало радикальной переработки как механики, так и электродинамики. Эта переработка была осуществлена в начале второй четверти XX в., когда были созданы новые физические теории: квантовая механика и квантовая электродинамика.
Постулаты Бора оказались совершенно правильными. Но они рассматривались уже не как постулаты, а как следствия основных принципов этих теорий. Правило же квантования Бора, как выяснилось, применимо далеко не всегда.
Представление об определенных орбитах, по которым движется электрон в атоме Бора, оказалось весьма условным. На самом деле движение электрона в атоме имеет очень мало общего с движением планет по орбитам. Если бы атом водорода в наинизшем его энергетическом состоянии можно было сфотографировать с большой выдержкой, то мы увидели бы облако с переменной плотностью.
Большую часть времени электрон находится на определенном расстоянии от ядра. Это расстояние можно принять за грубое подобие радиуса орбиты. Фотография атома совсем не походила бы на привычный рисунок Солнечной системы, а скорее напоминала бы расплывчатое пятно, полученное при фотографировании бабочки, порхающей около фонаря.

Упражнения

Вычислить энергию ε фотона, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на первый.
Найдите максимальную длину волны, излучаемой в серии Бальмера.
При переходе электрона в атоме из стационар­ного состояния с энергией – 4,8 эВ излучается фотон, энер­гия которого равна 3,1 эВ. Определите энергию конечного состояния электрона.
Определить изменение энергии Δ E электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с частотой ϑ = 6 , 28 ⋅ 10 14   Г ц, ϑ=6,28·1014 Гц. Ответ дать в электрон-вольтах.
На сколько изменилась кинетическая энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны λ=486 нм?
Электрон в атоме водорода перешел с четвертого энергетического уровня на второй. Определить энергию испущенного при этом фотона.
При переходе электрона в атоме водорода из одного стационарного состояния в другое атом испускает фотон, энергия которого соответствует длине волны 652 нм. На сколько уменьшается при этом энергия атома водорода?
При облучении паров ртути электронами энергия атома ртути увеличивается на 4,9 эВ. Какова длина волны излучения, которое испускают атомы ртути при пере­ходе в невозбужденное состояние?

Использованные ссылки

http://fn.bmstu.ru/data-physics/library/physbook/tom5/ch5/images/image5_4.jpg
https://urok.1sept.ru/articles/646746/2.jpg
https://regnum.ru/uploads/pictures/news/2020/09/25/regnum_picture_1601048646604824_normal.jpg
https://regnum.ru/uploads/pictures/news/2020/09/25/regnum_picture_1601048646604824_normal.jpg
https://obrazovaka.ru/wp-content/images/predmet/fizika-136865-seriya-balmera-seriya-laymana-seriya-pashena.jpg