Слайд 1Постулаты Бора
Материалы для 11 класса
Слайд 2Постулаты Бора — основные допущения, сформулированные Нильсом Бором в 1913 году для объяснения закономерности линейчатого спектра
атома водорода и водородоподобных ионов
(формула Бальмера -Ридберга) и квантового характера испускания и
поглощения света. Бор исходил из планетарной модели атома Резерфорда.
Слайд 3Нильс Бор увидел во сне модель атома. Это было солнце из горящего газа,
вокруг которого вращались связанные с ним тонкими нитями планеты. Внезапно
газ затвердел, а солнце и планеты резко уменьшились в размерах.
Слайд 4КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ НИЛЬСА БОРА
Опыты подтвердили правильность ядерной модели атома Резерфорда,
поэтому ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики.
Первым решился
на это признание выдающийся физик XX в. датский ученый Нильс Бор. В 1913 г. он, основываясь на разрозненных экспериментальных фактах, с помощью гениальной интуиции сформулировал в виде постулатов основные положения новой теории.
Изучая противоречия модели атома Резерфорда законам классической физики Нильс Бор в 1913 г. выдвигает "постулаты", определяющие строение атома и условия испускания и поглощения им электромагнитного излучения.
Постулаты Бора показали, что атомы "живут" по законам микромира.
Слайд 5I постулат - постулат стационарных состояний:
В атоме существуют стационарные квантовые состояния, не
изменяющиеся с течением времени без внешнего воздействия на атом.
В этих
состояниях атом не излучает электромагнитных волн, хотя и движется с ускорением.
Каждому стационарному состоянию атома соответствует определенная энергия атома.
Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны.
Слайд 6II постулат - правило частот:
При переходе атома из одного стационарного состояния в
другое излучается или поглощается 1 фотон.
а) Атом излучает 1 фотон(который
несет 1 квант энергии), когда электрон переходит из состояния с большей энергией (Е k) в состояние с меньшей энергией (Е n).
Слайд 7Энергия излученного фотона:
Здесь (Ek - En) - разность энергий стационарных
состояний.
При Ек > Eп происходит излучение фотона.
Частота излучения:
Где k и n -
номера стационарных состоянии, или главные квантовые числа.
б) Атом поглощает 1 фотон, когда переходит из стационарного состояния с меньшей энергией (E n) в стационарное состояние с большей энергией (E k).
При Ек < Еn происходит поглощение фотона.
После экспериментальных проверок правильности модели атома Резерфорда и принятия постулатов Бора ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики для микроскопических тел.
Слайд 8Модель атома водорода по Бору
Свои постулаты Н. Бор применил для
построения теории строения простейшего атома
(атома водорода).
Согласно этой теории Бор смог
вычислить для атома водорода:
- возможные радиусы орбит электрона и размеры атома
- энергии стационарных состояний атома
- частоты излучаемых и поглощаемых электромагнитных волн.
Слайд 9Распределение энергетических уровней при излучении (испускании) и поглощении атомом водорода
электромагнитных волн:
При (n = 1) - основное энергетическое состояние, ему
соответствует радиус орбиты электрона r = 0,5 • 10 -11 м.
При (n больше 1) - возбужденные состояния.
При поглощении атомом кванта энергии (фотона) атом переходит в возбужденное состояние, при этом электрон переходит на более отдаленную орбиту и его связь с ядром слабеет.
Переходы в первое возбужденное состояние (Е2) с верхних уровней соответствует частотам видимой части (кр з с с) спектра водорода.
Слайд 10Линейчатый спектр атома водорода состоит из линий, сгруппированных в серии.
Частоты каждой серии
спектра можно подсчитать по формуле
Бальмера-Ритберга:
В спектре водорода обнаружены следующие
серии:
n = I - серия Лаймана - ультрафиолетовое излучение
n = 2 - серия Бальмера - видимое излучение
n = 3 - серия Пашена - инфракрасное излучение и т.д.
Слайд 11Однако, надо помнить, что для атомов с большим числом электронов
(
больше 1) расчеты по теории Бора неприменимы.
P.S. Надо помнить!
Движение электрона в атоме мало
похоже на движение планет по орбитам.
Точнее, электрон на орбите можно назвать электронным облаком, имеющим разную плотность.
Орбитой электрона в атоме называется геометрическое место точек, в которых с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон.
Энергия в атомной физике измеряется в электронвольтах.
1эВ – это энергия электрона, проходящего разность потенциалов в 1В.
1эВ = 1,6 х 10 -19 Дж
Слайд 12В 1914 году Франк и Герц поставили опыт, подтверждающий теорию Бора: атомы разреженного газа
обстреливались медленными электронами с последующим исследованием распределения электронов по абсолютным значениям
скоростей до и после столкновения. При упругом ударе распределение не должно меняться, так как изменяется только направление вектора скорости. Результаты показали, что при скоростях электронов меньше некоторого критического значения удары упруги, а при критической скорости столкновения становятся неупругими, электроны теряют энергию, а атомы газа переходят в возбуждённое состояние. При дальнейшем увеличении скорости удары снова становились упругими, пока не достигалась новая критическая скорость. Наблюдаемое явление позволило сделать вывод о том, что атом может или вообще не поглощать энергию, или же поглощать в количествах равных разности энергий стационарных состояний.
Слайд 13Существование дискретных энергетических уровней атома подтверждается опытом Франка и Герца.
Немецкие ученые Джеймс Франк и Густав Герц за экспериментальные исследования
дискретности энергетических уровней получили Нобелевскую премию в 1925 г.
Слайд 14Когда-то мир жил без лазеров. Это сейчас достижения квантовой физики,
лазерной электроники, компьютерные технологии являются неотъемлемыми составляющими нашей жизни, применяются
даже в быту. А у истоков глобальных перемен стояли выдающиеся физики XX века Николай Геннадьевич Басов, Александр Михайлович Прохоров и американец Чарлз Хард Таунс.
В 1964 году все трое получили Нобелевскую премию "за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на принципе лазера-мазера".
Слайд 15Лазерное излучение с длинами волн (снизу вверх): 405, 445, 520,
532, 635 и 660 нм.
Слайд 16Ла́зер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission ofradiation «усиление света посредством
вынужденного излучения»), илиопти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергиюнакачки (световую,
электрическую, тепловую, химическую и
др.) в энергию когерентного, монохроматического,
поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Слайд 17Ла́зер — квантовый генератор, источник когерентного монохроматического электромагнитного излучения оптического диапазона. Обычно
состоит из трёх основных элементов:
Источник энергии (механизм «накачки» лазера).
Рабочее тело лазера.
Система зеркал («оптический
резонатор»).
Слайд 19Лазерные источники света обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с
другими источниками:
1. Лазеры способны создавать пучки света с очень малым
углом расхождения (около 10-5 рад). На Луне такой пучок, испущенный с Земли, дает пятно диаметром 3 км.
Слайд 20Лазерные источники света обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с
другими источниками:
2. Свет лазера обладает исключительной когерентностью и монохроматичностью.
Слайд 21Лазерные источники света обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с
другими источниками:
3. Лазеры являются самыми мощными источниками света. В узком
интервале спектра кратковременно (в течение промежутка времени продолжительностью порядка 10-13 с) у некоторых типов лазеров достигается мощность излучения 1017 Вт/см2, в то время как мощность излучения Солнца равна только 7×103 Вт/см2, причем суммарно по всему спектру. На узкий же интервал Dl=10-6 см (ширина спектральной линии лазера) приходится у Солнца всего лишь 0,2 Вт/см2. Напряженность электрического поля в электромагнитной волне, излучаемой лазером, превышает напряженность поля внутри атома.