Тема: Энергетические состояния атома водорода в модели Бора

Цели  урока:

а) Обучающая: изучение физической модели атомов

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

Задачи  урока:

Объяснить спектральные закономерности атома водорода «используя» энергетические уровни.

Обеспечение урока:

«Физика 11» (авторы Жилко В.В., Лавриненко А.В., Маркович Л.Г.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания – 10 мин

3. Объяснение нового материала – 25 мин

4. Закрепление материала – 7 мин

5. Домашнее задание – 2 мин

Домашнее задание: §10

Конспект урока:

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ АТОМА ВОДОРОДА В МОДЕЛИ БОРА

Вспомним. Из 1 постулат Бора: электрон в атоме может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. Стационарные состояния отличаются друг от друга различными орбитами, по которым движутся электроны в атоме. Набор электронных орбит, по сути, и определяет стационарные состояния электрона в атоме.

Т.е. атом может обладать определенными значениями энергии и двигаться по определенным орбитам

Энергия, которой обладает электрон, находясь на орбите n:

n- номером орбиты (по которому движется электрон)

ε₀- диэлектрическая проницаемость среды

h- постоянная Планка

m – масса электрона

e – заряд электрона

Как видно из формулы, энергия электрона определяется только номером орбиты (главным квантовым числом) п, поскольку все остальные величины в этой формуле — константы.

Т.к. у атома водорода только один элетрон, то энергия этого электрона будет равна энергии атома водорода. Таким образом, энергия атома водорода в основном энергетическом состоянии (п= 1) будет

Е₁= -13,55 эВ.

Это значит, что для того чтобы удалить электрон, находящийся в основном состоянии из атома (при этом энергия системы станет равной нулю), электрону необходимо сообщить энергию Е=13,55 эВ. Эта энергия называется энергией связи атома, а процесс удаления электрона из атома — ионизацией. Ионизация может быть однократной (атом теряет один электрон), двукратной (два электрона) и т. д.

При п = 2; E₂= E₁/4= - 3,39 эВ,

При n = 3; E₃ = E₁/9= - 1,51 эВ и т. д.

Отсюда видна закономерность:

Поскольку энергия электрона в атоме может принимать только дискретный набор значений то говорят, что она квантована.

Для наглядного представления возможных энергетических состояний электрона в атоме используется энергетическая диаграмма (рис. 35), на которой каждому энергетическому состоянию электрона в атоме Е_n соответствует горизонтальная линия — энергетический уровень. Энергетическую диаграмму можно считать своеобразной «лестницей» с «нижней площадкой» (основным состоянием) и поднимающимися вверх «ступенями» (возбужденными состояниями).

Бор предположил, что формула Бальмера

соответствует переходам электрона в атоме водорода с более высоких энергетических уровней (n>2) на 2-й. Таким образом, длины волн спектральных линий Н_а, Н_β, Н_γ, Н_δ можно вычислить с помощью энергетической диаграммы состояний электрона в атоме водорода (рис. 36).

Действительно, если преобразовать формулу Бальмера, умножив обе ее части на he, то получится выражение для энергии Е фотона:

E=hc/λ=hν=hcR((1/2²)-(1-n²))

Расчеты Бора совпали с данными, полученными экспериментально. Все остальные спектральные серии атома водорода (см. рис. 36) также можно описать с помощью формул:

E = hcR ((1/1²)-(1/n²))=E_n - E₁ - серия Лаймана;

E = hcR ((1/3²)-(1/n²))=E_n – E₃ — серия  Пашена,

где введены обозначения:

Как видно, излучение света атомом происходит при переходах электрона в атоме с внешних орбит на внутренние (рис. 37).

Теория Бора позволяет описать не только атом водорода, но и ионизированные атомы (ионы) других элементов, вокруг ядер которых, как и в атоме водорода, вращается один электрон. Такие ионы называются водородоподобными. Примерами водородоподобных ионов могут служить однократно ионизированный атом гелия (Не⁺), двукратно ионизированный атом лития (Li ^{+ +} ) и т. д.