Конспект уроку в 11 класі на тему:
«Постулати Бора. Модель атома водню по Бору ».
Учитель фізики МБОУ ЗОШ №36 Сергєєва О.М.
Освітня - організувати діяльність учнів з вивчення постулатів Бора, що описують основні властивості атомів; розкрити шляхи виходу з кризи класичної фізики.
Розвиваюча - сприяти розвитку у школярів умінь використовувати наукові методи пізнання (спостереження, гіпотеза, експеримент).
Виховна - познайомити з особистістю Нільса Бора, його сміливими і революційними роботами, що поклали початок нової фізичної теорії.
Тип уроку: урок формування нових знань.
Вид уроку: комбінований урок.
1 Організація початку занять.
2. Повторення вивченого матеріалу.
1. Які фізичні явища підтверджують складну структуру атома?
2. Опишіть модель атома Томсона. Чому ця модель виявилася неспроможною?
3. Виклад нового матеріалу.
Учитель: продовжимо вивчати розділ «Атомна фізика», використовуючи метод наукового пізнання.
Матеріал уроку будемо оформляти в зошитах, заповнюючи таблицю:
Сьогодні ми продовжимо розмову про атом. Спробуємо розкрити шляхи виходу з кризи класичної фізики, який виник у зв'язку з тим, що модель, запропонована Резерфордом, не дозволила пояснити стійкість атома. Тема уроку: «Постулати Бора. Модель атома водню по Бору ».
Досліди з розсіювання α-частинок показують, що атом складається з ядра і що обертаються навколо нього електронів. Дані електродинаміки свідчать, що рухаються прискорено заряди випускають електромагнітні хвилі, втрачаючи енергію. Однак навіть повсякденні спостереження говорять, що атоми стійкі і, як правило, не випромінюють енергії. Виникло протиріччя одних фактів іншим.
Це протиріччя усунув Н. Бор (1913р.), Створивши некласичну модель атома, що базується на таких постулатах:
- Існують особливі стаціонарні стани атома, перебуваючи в яких атом не випромінює енергію, при цьому електрони в атомі рухаються з прискоренням. Кожному стаціонарному стану відповідає певна енергія.
- Випромінювання світла відбувається при переході атома зі стаціонарного стану з більшою енергією в стаціонарне стан з меншою енергією. Енергія излученного фотона дорівнює різниці енергій стаціонарних станів:
На основі перерахованих фактів побудована теоретична модель водородоподобного атома. Для наочного уявлення можливих енергетичних станів атомів використовуються енергетичні діаграми, на яких кожне стаціонарне стан атома відзначається горизонтальною лінією, яку називають енергетичним рівнем. Стан з мінімальною енергією Е 1 називають основним станом. Всі інші стану атома з енергіями Е 2. Е 3. ......, Е N називаються збудженими станами. Негативна енергія станів атома водню фізично означає, що атом стійкий і для його руйнування (видалення електрона від ядра на відстань, при якому взаємодією з ядром можна знехтувати) необхідно зробити роботу. Значення Е> 0 відповідає електрону, що проходить повз ядра і який іде в нескінченність. Атом поглинає енергію при переході з нижчих енергетичних станів до вищих.
Переходи атома на другий енергетичний рівень з верхніх рівнів утворюють серію Бальмера, яка дає видимі частоти випромінювання (частота випромінювання відповідає частоті видимого світла).
Пояснює планетарну модель Резерфорда.
Одним із наслідків моделі атома Бора є те, що при зовнішніх впливах атоми можуть отримувати не довільні, а лише цілком певні значення енергії.
Частота випромінювання або поглинання дорівнює:.
Радіуси орбіт змінюються дискретно числах n = 1,2, ... (правило
- експеримент
- Експериментальне дослідження, безпосередньо доводить існування стаціонарних станів атомів здійснили Франк і Герц. Використовувалася установка, схематично зображена на рис. Скляний балон заповнений парами ртуті при низькому тиску і містить катод, сітку, анод. Без ртуті анодний струм зростає безперервно. При заповненні балона парами ртуті на кривій з'являються кілька максимумів і мінімумів. Класична фізика не в змозі пояснити цей експериментальний факт.
Різке зменшення сили струму в ланцюзі при досягненні напруги 4,9 В між катодом і сіткою змушує зробити висновок, що електрони втрачають кінетичну енергію рівну 4,9 еВ в результаті зіткнення з атомами ртуті. При менших значеннях енергії відбуваються тільки пружні зіткнення електронів з атомами ртуті, при яких електрони залишають поза передачею їм енергію.
Виходячи з цих результатів можна зробити висновок, що різниця енергій порушеної стаціонарного стану і основного стаціонарного стану равнв 4,9 еВ. Цей висновок підтверджується ще одним ефектом. Поки напруга між катодом і сіткою менше 4,9 В, пари ртуті не випромінюють. При досягненні напруги 4,9 У пари ртуті випускають ультрафіолетове випромінювання з частотою: ν = = 1,2 ∙ 10 15 Гц.
- У видимій області спектра водню знаходяться лише чотири лінії серії Бальмера, що підтверджується експериментом.
Спектроскопічні дослідження в ультрафіолетовій та інфрачервоній областях спектру виявили серії ліній Лаймана, Пашена, брекетах, Пфунда і ультрафіолетову частину серії ліній Бальмера. Значить теорія Бора вірно пророкує реальні факти.
Обмеженість теорії Бора.
Теорія Бора водородоподобного атома прекрасно узгоджується з експериментом. Вона показала непридатність класичної фізики до внутрішньоатомних явищ: в мікросвіті визначальними є квантові закони. Однак ця теорія не скасовує класичну фізику.
Н. Бором в 1923 р був сформульований принцип відповідності, згідно з яким закони квантової фізики включають в себе закони класичної фізики.
За теорією Бора електрон, що рухається по орбіті не випромінює електромагнітну хвилю; випромінювання відбувається при переході електрона з однієї орбіти на іншу.
Зближення результатів квантової і класичної теорії відбувається при великих значеннях квантового числа n. В цьому випадку рівні енергій стаціонарних станів зближуються настільки, що перехід атома з одного квантового стану в сусіднє стає не відрізняється від процесу безперервного випромінювання енергії.
Однак експеримент показує, що закономірності оптичних спектрів будь-якого атома, в якому більш ніж один електрон, не можуть бути отримані, як слідства теорії Бора. Правило квантування застосовується не завжди. Подання про певні орбітах, по яких рухаються електрони в атомі, виявилося умовним.
До недоліків теорії Бора відноситься її суперечливість: ця теорія і не класична, і не квантова, а то і інше разом; вона являє собою перехідний етап від класичної до квантової фізики.
4. Закріплення вивченого матеріалу:
1. В якому стані енергія електрона менше: в основному або в збудженому?
2. Визначте найменшу енергію, яку треба повідомити атому водню, щоб перевести його в іонізоване стан.
3. Скільки квантів з різною енергією може випустити атом водню, якщо він знаходиться в третьому енергетичному стані?
4. Які нові закономірності мікросвіту відкрив Н. Бор? Чому вони були сформульовані у вигляді постулатів? Чим вони суперечать класичним уявленням?
5.Домашнее завдання: § 94, 95.