Презентация по физике по теме "Строение атомов. Трудности теорий" для 11 класса

СТРОЕНИЕ АТОМА. МОДЕЛИ АТОМОВ.ТРУДНОСТИ И  НЕДОСТАТКИ ТЕОРИЙ.                     ФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

I.  ТРЕБОВАНИЯ К МОДЕЛИ АТОМА (А): нейтрален   (q A =0)       устойчив (tж       ∞)   размеры (  d=10 ­10 м) имеет линейчатый спектр • 1812 – 1814 г. – Й. Фраунгофер (Германия)  – обнаружение и измерение длин волн  (частот) в видимом спектре водорода • 1815 – Я. Бальмер (Швейцария) –  эмпирические закономерности спектра  водорода содержит электроны • 1897 г. – Д.Томсон           (Англия) • излучение света –  движение с ускорением           (РДО, КД) n = 1,2,3..., m=n+1… R= 3,21015ּ Гц  ­ постоянная  Ридберга  R(   1 2  n 1 2 m )

МОДЕЛЬ ТОМСОНА •  1903­1904 г.­  «Пудинг с изюмом» 1903­1904 г.­  «Пудинг с изюмом» q + ­  (равномерно заряженная сфера) q­ ­ электроны Джозеф Джон Томсон (АНГЛИЯ) (1856 – 1940) ­  равномерно  заряженный  Атом  положительным  радиуса  порядка 10­10м, внутри которого около своих  положений  колеблются  электроны. зарядом  шар  равновесия

  ­лучи ­ это потоки  ­частиц,  представляющих собой ядра атомов  гелия  ­ частицы 2He4   q = 2qe   m = 8000me   v = 1/15 c  Имеют  малую проникающую  способностью:  ­лучи не могут пробить  лист бумаги, толщиной 0,1 мм.

1909­1911 г. – Э. РЕЗЕРФОРД (АНГЛИЯ) ­   опыты по рассеиванию  α­частиц  металлической фольгой

МОДЕЛЬ РЕЗЕРФОРДА 1911 г. ­ ЯДЕРНАЯ ( ПЛАНЕТАРНАЯ) •Открыл альфа­ и бета­излучение,   радон  и множество изотопов,   радиоактивное   превращение  химических элементов • Создал теорию радиоактивного  распада,  расщепил атом азота,  обнаружил протон. • Доказал, что альфа­частица — ядро  гелия.  • Поставил опыт по рассеянию альфа­ частиц  на металлической фольге •  Создал планетарную теорию строения  атомов.  Эрнест Резерфорд (Англия) (1871 – 1937)

МОДЕЛЬ РЕЗЕРФОРДА 1911 г. ­ ЯДЕРНАЯ ( ПЛАНЕТАРНАЯ) Атом состоит из ядра,  находящегося в центре,  и электронов,                                          вращающихся по орбитам вокруг ядра.  ЯДРО •qя= |Zqe|=q+ • Rя = 10 ­15 м • Мя  М≈ А ЭЛЕКТРОНЫ q­ = Zqe Z – порядковый номер   в таблице Менделеева qe  ­  движутся РДО вокруг ядра МА = Мя + Z mе RA = 10 ­10 м ПРОТИВОРЕЧИЯ МОДЕЛИ: •УСТОЙЧИВОСТЬ ≠ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ • ЛИНЕЙЧАТЫЕ СПЕКТРЫ≠ НЕПРЕРЫВНЫЕ СПЕКТРЫ

НЕДОСТАТКИ АТОМА РЕЗЕРФОРДА 1. Эта модель не согласуется с наблюдаемой стабильностью атомов. По  законам классической электродинамики вращающийся вокруг ядра  электрон должен непрерывно излучать электромагнитные волны, а  поэтому терять свою энергию. В результате электроны будут  приближаться к ядру и в конце концов упадут на него. 2. Эта модель не объясняет наблюдаемые на опыте оптические спектры  атомов. Оптические спектры атомов не непрерывны, как это следует из  теории Резерфорда, а состоят из узких спектральных линий, т.е. атомы  излучают и поглощают электромагнитные волны лишь определенных  частот, характерных для данного химического элемента.  К явлениям атомных масштабов законы классической физики неприемлемы. 1.Эта модель не согласуется с наблюдаемой стабильностью атомов. По законам классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать электромагнитные волны, а поэтому терять свою энергию. В результате электроны будут приближаться к ядру и в конце концов упадут на него.2.Эта модель не объясняет наблюдаемые на опыте оптические спектры атомов. Оптические спектры атомов не непрерывны, как это следует из теории Резерфорда, а состоят из узких спектральных линий, т.е. атомы излучают и поглощают электромагнитные волны лишь определенных частот, характерных для данного химического элемента. К явлениям атомных масштабов законы классической физики неприемлемы.

МОДЕЛЬ БОРА 1913 г. – ПЕРВАЯ КВАНТОВАЯ МОДЕЛЬ АТОМА ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ  МОДЕЛИ: • ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА • КВАНТОВАНИЕ ЭНЕРГИИ АТОМА:    «ВЕЛИКОЕ» уравнение ПЛАНКА  •  ЭМПИРИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ  СПЕКТРА АТОМА ВОДОРОДА:    Нильс Бор  (Дания)       (1885­1962)

ПОСТУЛАТЫ  БОРА ПОСТУЛАТЫ  БОРА Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): атомная система может находится только в особых стационарных  ( квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарном состоянии атом не излучает. Постулат находится в противоречии с классической механикой:  энергия движущихся электронов может быть любой и  с электродинамикой Максвелла: допускается возможность ускоренного движения без излучения электромагнитных волн.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ  Атом характеризуется системой  энергетических уровней,  каждый из которых  соответствует определенному  стационарному состоянию.   Всем стационарным состояниям  соответствуют значения энергии  Wn < 0.  При Wn ≥ 0 электрон удаляется  от ядра (ионизация). Величина | W1| называется энергией  ионизации.  t ж = ∞ • Состояние с энергией W1  называется основным  состоянием атома.  t ж = 10 ­8 с В О З Б У Ж Д Ё Н Н Ы Е

Второй постулат Бора (правило частот): излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией En. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний. hv kn  E k E n При поглощении света атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией, при излучении – из стационарного с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Второй постулат противоречит электродинамике Максвелла,  т.к. частота излученного света свидетельствует  не об особенностях движения электрона, а лишь об изменении энергии  атома.

При поглощении света атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией, при излучении – из стационарного с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Поглощение света – процесс, обратный излучению. Обращение спектральных линий: Атом, поглощая свет, переходит из низших энергетический состояний в высшие. При этом он поглощает излучение той же самой частоты, которую излучает , переходя из высших энергетических состояний в низшие.

СПЕКТРАЛЬНЫЕ СЕРИИ ВОДОРОДА СПЕКТРАЛЬНЫЕ СЕРИИ ВОДОРОДА Серия Лаймана( 1906 г.) – переходы  электронов  на первый в спектре излучения и  с первого уровня на все остальные при поглощении Серия Бальмера (1885 г.) ­ переходы электронов на второй в спектре излучения и со второго уровня на все вышележащие уровни при поглощении. Серия Пашена (1908 г.) – переходы  электронов  на третий в спектре излучения  и с третьего уровня  на все вышележащие  уровни при поглощении.

СПЕКТР АТОМА ВОДОРОДА СПЕКТР АТОМА ВОДОРОДА

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ  ТЕОРИИ БОРА • ПОКАЗАЛА наличие у атомов  дискретных линейчатых спектров, наличие стационарных состояний • ПРАВИЛЬНО  определила значения  частот  спектра  и размеры  атома водорода, постоянной Ридберга НЕ СМОГЛА: • объяснить интенсивность линий,  причину переходов электронов между энергетическими уровнями • построить теорию многоэлектронных атомов ОБЛАДАЕТ ВНУТРЕННИМИ ПРОТИВОРЕЧИЯМИ :  с одной стороны,  применены законы классической  физики, с другой – на квантовых  постулатах