Презентация по физике " Квантовые постулаты Бора. Корпускулярно-волновой дуализм" (11 класс, физика)

Квантовые постулаты Бора.  Корпускулярно­волновой  дуализм Смирнова С.Г. учитель физики  МОУ «Луховский лицей»

Недостатки планетарной модели атома Э.Резерфорда 1. Согласно теории Максвелла, частицы, движущиеся с ускорением,  излучают электромагнитные волны и, благодаря этому, непрерывно  теряют энергию.  Поэтому электрон, начинающий вращаться вокруг ядра, как  показали расчеты, за время, равное 10­8 с, должен упасть на ядро.  Однако, атомы в невозбужденном состоянии энергию  не излучают и существуют бесконечно долго. 2. Электрон, двигаясь вокруг ядра по орбите все меньшего радиуса,  непрерывно излучает энергию, следовательно, спектр излучения  атомов должен быть непрерывным. Из опытов известно, что спектр  излучения атома состоит из отдельных цветных линий, разделенных  темными полосами, это означает, что спектр атома линейчатый. Выход из противоречия нашел Н.Бор

Модель атома Бора (1912 год) Постулаты Н. Бора  1. В атоме существуют орбиты, называемые стационарными,  двигаясь по которым электрон не излучает. 2. Излучение и поглощение энергии атомом происходит  при переходе с одной стационарной орбиты на другую. Энергия испускаемого (поглощаемого) фотона равна h = E2 – E1,где h – постоянная Планка, h = 6,626176  10­34 Дж  с,   – частота испускаемого (поглощаемого) фотона.  Условие стационарности n­ой орбиты по Бору: mvnrn = n ħ, n – положительное число, называемое главным квантовым  числом. Оно указывает номер орбиты, по которой может обращаться  электрон.

Расчет радиусов электронных орбит 2 Zq e 2 r n v m r n 2 Zq e 2 r n r n  2 n 1  4 0 2  2 h n   0  2 m Zq e F k  1  4 0 Радиус первой орбиты электрона в атоме водорода равен: r1 = 0,529  10­10 м, а радиус n – ой орбиты rn = r1  n2. Энергия электрона на n­й орбите равна сумме его потенциальной  и кинетической энергий: E n  E пот n  E кин n   4 2 n v m 2  2 Zq e  2 0 4 r n 2 Zq e  0 r n  2 n v m 2 E n  – 2 Zq e  2 0 4 r n

Полная энергия электрона, движущегося по n­ой  боровской орбите E n  – 4 eZq m 1  2 2 2 8 h n 0 , где n  1 ,  2 ,   , 3 Полная энергия электрона, движущегося по первой боровской орбите E1 = – 2,17  10­18 Дж = – 13,6 эВ При переходе электрона с k­ой орбиты на n­ю будет излучаться фотон,  энергия которого h равна   h E – E k n   2 4 Z q m e    2 2 8 h 0 1 2 k  1  2 n Длина волны излучения определяется соотношением 1    c  2 4 Z q m 1 e  2 3 2 8 h c n 0  1  2 k R   4 q m e    3 8 h c 0  1 0974   ,  7 10м ­1              

Квантовое число, определяющее номер орбиты, по которой движется  электрон, определяет так называемые энергетические  уровни. Низший энергетический уровень атома водорода соответствует  значению энергии  Zq m    2 h 8 3 6В 1э     –   E 1    – 4 e 2 0  , Для второго и последующих энергетических уровней значения  энергии будут равны   E 2  E / 1 2 2 E 3  E / 1 2 3

E = E – E1 = – E1 Эта энергия называется энергией ионизации.  Из эксперимента – энергия ионизации водорода 13,6 эВ. Достоинства теории атома Н.Бора: Атом Бора устойчив, объяснение линейчатого характера излучения  атома, выведена постоянная Ридберга, модель излучения  и поглощения атома, определена энергия ионизации атома водорода.   Недостатки: невозможность объяснения  спектров сложных атомов,  тонкой  структуры спектра, состава спектров излучения и т.д. Изучение микромира требует совершенно новых подходов – создание  квантовой механики.

Волны де Бройля (1923 г.) Дуализм волна­частица    h  p  Дифракции  электронов(1927 г.)

Принцип неопределенности Гайзенберга (1927 г.) Согласно принципу неопределенности одновременно одинаково точно  измерить импульс и координату частицы, что противоречит основным  понятиям классической механики.   Математически этот принцип записывается так:    x p h / 2 

Фотографии атома (2014 г.) Квантовый микроскоп. Облучение двумя лазерными лучами,  освобождение электрона, ускорение электрическим полем,  попадание на экран.

Лазеры Лазеры – приборы, создающие узкий пучок монохроматического когерентного  излучения. Самопроизвольное и вынужденное излучения. Рубиновый лазер Уровень 2 – метастабильное состояние (~10­3 с). Переходы – линия перехода 3   1, а большинство в – метастабильное состояние 2. Случайный переход одного из  ионов 2  1 сопровождается излучением фотона, который в свою очередь  вызывает вынужденное излучение. Первые лазеры позволили получить излучение мощностью 1 кВт,  в настоящее время импульсная мощность достигает 109 Вт.