Урок № 49 Поурочный конспект по физике

Группа 18 Дата 18.02.2022г.

Тема урока:Квантовые постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору. Трудности теории Бора. Квантовая механика.

Цель урока: организовать деятельность обучающихся по изучению постулатов Бора, описывающих основные свойства атомов; раскрыть пути выхода из кризиса классической физики.

Задачи: образовательная вести учащихся в процесс отыскания противоречий между законами классической физики и постулатами Бора, обеспечить выдвижение учащимися гипотезу, объясняющую стабильность атома, объяснить линейчатый спектр излучения атома водорода.

развивающие: с одействовать развитию у школьников умений использовать научные методы познания (наблюдение, гипотеза, эксперимент);

воспитательные: воспитание основ нравственного самосознания; толерантного отношения друг к другу; умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту. Показать значение опытных фактов для доказательства научных гипотез.

 

Ход урока.

I. Проверка домашнего задания.

1. С какой целью был поставлен опыт Резерфорда, какие были сделаны выводы из них?

2. Опишите планетарную модель атома.

3. Каким зарядом и массой обладает электрон?

II. Изложение нового материала.

На основе планетарной модели нельзя объяснить факт существования атома, его устойчивость. Как показывают расчёты, основанные на механике Ньютона и электродинамике Максвелла электрон за ничтожно малое время (порядка 10^-8с) должен упасть на ядро и прекратить свое существование. В действительности ничего подобного не происходит. Атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая электромагнитные волны. Отсюда следует, что к явлениям атомных масштабов законы классической физики неприменимы. Выход из крайне затруднительного положения в теории атома был найден в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором. Он в виде постулатов сформулировал основные положения новой теории. Причём и законы классической физики не отвергались им безоговорочно. Новые постулаты налагали лишь некоторые ограничения, на допускаемые классической физикой движения.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): В атоме существуют орбиты, называемые стационарными (не изменяющиеся со временем, двигаясь по которым электрон не излучает энергию.

В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условию: υ =nħ,

где n=1,2,3, m_e – масса электрона, υ – его скорость по n-й орбите радиуса ħ=

Второй постулат Бора (правило частот): излучение и поглощение энергии атомов происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излученного или поглощённого фотона равна разности энергий стационарных состояний: hv = E_n – E_{m, ,}

где n и m номера стационарных электронных орбит, E_n и E_m -энергии электрона на этих орбитах.

При переходе электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близкую к ядру (E_m < E_n) происходит излучение фотона, при переходе электрона с более близкой от ядра орбиты на более удаленную E_m > E_n – его поглощение. Набор возможных дискретных частот h = (E_n – E_m)/h квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Постулаты, выдвинутые Бором, позволили рассчитать спектр атома водорода и водородоподобных систем, состоящих из ядра с зарядом Ze и одного электрона, а также теоретически вычислить постоянную Ридберга: R=

 

Энергия электрона на стационарной орбите n равна:

E_n =- *

Теория квантовой механики. обладает внутренними противоречиями (с одной стороны применяет законы классической физики, а с другой – основывается на квантовых постулатах). Она рассмотрела спектры атома водорода и водородоподобних систем и вычислила частоты спектральных линий, однако не смогла объяснить их интенсивности и ответить на вопрос: почему совершаются те или иные переходы? Серьёзным недостатком теории Бора была невозможность описания с её помощью спектра атома гелия – одного из простейших атомов, непосредственно следующего за атомом водорода.

ⅢЗакрепление изученного материала.

Решение задач стр.297

1.Дано: r1=5,29* м k=9* Н*м²/Кл² υ-? а-?	Решение По закону Кулона F= , по з-ну Ньютона F=m*а, приравняем =mа а= =9* Н*м²/Кл²* (1,6* / (5,29* м)² *9,1·10-31кг=0,09*1024 м/с² ац=υ²/r, υ= =√(9* м/с²*52,9* м )=23,5* м/с Ответ: а=9*1022 м/с², υ=23,5* м/с
2.Дано: Е4=-0,85эВ m=4 Е2=- 3,4эВ n=2 λ-?	Ответ: λ=4,88* м

Ⅳ.Домашнее задание: § 75 изучить,§77 разобрать решение задач, выполнить №3 стр.298

Урок № 50 Поурочный конспект по физике

Группа 18 Дата 18.02.2022г.

Тема урока: Лазеры.

Цель урока: сформировать знания об устройстве и принципе действия лазера и его применении в науке и технике.

Задачи: образовательная: изучить понятия лазер, историю развития, устройство, принцип действия, применение в различных отраслях;

развивающие создание условий для развития логического мышления, умения сопоставлять, обобщать, анализировать, расширения кругозора учащихся;

воспитательные: воспитание основ нравственного самосознания; толерантного отношения друг к другу; умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту. Показать значение опытных фактов для доказательства научных гипотез.

Ход урока.

I. Проверка домашнего задания.

1. Что представляет собой атом согласно планетарной модели атома Резерфорда?

2. Почему эта модель атома не согласуется с законами классической физики?

3. Как был найден выход из сложившегося противоречия между теорией и практикой?

4. Сформулируйте постулаты Бора.

III. Изложение нового материала.

Лазер - оптический квантовый генератор, создающий мощный пусконаправленный когерентный монохроматический луч света. LASER – сочетание первых букв слов английского выражения «LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation» («усиление света при помощи индуцированного излучения»).

Основные идеи, положенные в работу лазера:

В 1917 г. А.Эйнштейн предсказал возможность индуцированного (вынужденного) излучения света атомами.

В 1940 г. советский физик В.А.Фабрикант указал на возможность использования активных сред с инверсной заселенностью уровней, где возможно не поглощение, а усиление электромагнитных волн. Использование положительно обратной связи, при которой часть сигнала с выхода устройства подается на его вход.

В создании лазера принимали участие советские физики Н.Г.Басов и А.М.Прохоров, амер.физик Ч.Таунс. В 1963 г. они были удостоены Нобелевской премии. Первый лазер создан в США в 1960 г.

Спонтанное и вынужденное излучение. Если электрон находится на нижнем уровне, то атом поглотит падающий фотон, и электрон перейдет с уровня Е₁ на уровень Е₂. Это состояние неустойчи-вое, электрон самопроизвольно перейдет на уровень Е₁ с испусканием фотона. Спонтанное излучение происходит самопроизвольно, следовательно, атом будет испускать свет несогласованно, хаотично, и световые волны несогласованны друг с другом ни по фазе, ни по поляризации, ни по направлению- это естественный свет.

Но возможно и индуцированное (вынужденное) излучение. Если электрон находится на верхнем уровне Е₂ (атом в возбужденном состоянии), то при падении фотона может произойти вынужденный переход электрона на нижний уровень испусканием второго фотона.

Излучение при переходе электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний с испусканием фотона под влиянием внешнего электромагнитного поля (падающего фотона) называют вынужденным, или индуцированным.

Спонтанное излучение – самопроизвольное излучение кванта света атомом или молекулой при переходе электрона на более низкий энергетический уровень

Вынужденное излучение – явление испускания фотонов определённой частоты возбужденными атомами, молекулами и другими квантовыми системами под действием фотонов (внешнего излучения) такой же частоты

Свойства вынужденного излучения: - одинаковая частота и фаза фотонов первичного и вторичного; - одинаковое направление распространения; - одинаковая поляризация.

Следовательно, при вынужденном излучении образуются два одинаковых фотона-близнеца.

Метастабильное состояние атома – возбужденное энергетические состояние, которое может существовать достаточно долго ≈ с

Использование активных сред. Состояние вещества среды, в котором менее половины атомов находится в возбужденном состоянии, называется состоянием с нормальной заселенностью энергетических уровней. Это обычное состояние среды. Среду, в которой больше половиныатомов находится в возбужденном состоянии, называют активной средой с инверсной заселенностью энергетических уровней. В среде с инверсной заселенностью энергетических уровней обеспечивается усиление световой волны. Это активная среда.

Усиление света можно сравнить с нарастанием лавины. Для получения активной среды используют трехуровневую систему. На Ⅲ уровне система живет очень мало, после чего самопроизвольно переходит в состояние Е₂ без испускания фотона. Переход из состояния 2 в состояние 1 сопровождается излучением фотона, что и используется в лазерах.

Процесс перехода среды в инверсное состояние называется накачкой. Чаще всего для этого используют облучение светом (оптическая накачка), электрический разряд, электрический ток, химические реакции. Например, после вспышки мощной лампы система переходит в состояние 3, спустя малый промежуток времени в состояние 2, в котором живет сравнительно долго. Так создается перенаселенность на уровне 2.

Для того чтобы из режима усиления света перейти к режиму генерации в лазере используют обратную связь. Обратная связь осуществляется с помощью оптического резонатора, который обычно представляет собой пару параллельных зеркал. В результате одного из спонтанных переходов с верхнего уровня на нижний возникает фотон. При движении в сторону одного из зеркал фотон вызывает целую лавину фотонов. После отражения от зеркала лавина фотонов движется в противоположном направлении, попутно заставляя испускать фотоны все новые атомы. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока существует инверсная заселенность уровня.

Потоки света, идущие в боковых направлениях, быстро покидают активный элемент, не успевая набрать значительной энергии. Световая волна, распространяющаяся вдоль оси резонатора, многократно усиливается. Дно из зеркал делается полупрозрачным, и из него лазерная волна выходит наружу в окружающую среду.

Рубиновый лазер. Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень. Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr. Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние. На стержень навита трубка газоразрядной лампы, называемой лампой накачки. Лампа кратковременно вспыхивает, происходит накачка. Рубиновый лазер работает в импульсном режиме. Существуют и другие типы лазеров: газовые, полупроводниковые... Они могут работать в непрерывном режиме.

Свойства лазерного излучения: - самый мощный источник света; - Р_Солнца= 10⁴ Вт/см², Р_лазера = 10¹⁴ Вт/см², - исключительная монохроматичность; -дает очень малую степень расхождения угла;

- когерентность.

Применение лазеров: - в радиоастрономии для определения расстояний до тел Солнечной системы с максимальной точностью (светолокатор); - обработка металлов (резка, сварка, плавка, сверление); - в хирургии вместо скальпеля (например, в офтальмологии); - для получения объемных изображений (голография); - связь (особенно в космосе); - запись и хранение информации; - в химических реакциях; - для осуществления термоядерных реакций в ядерном реакторе; -ядерное оружие.

Ⅲ. Вопросы для закрепления:

1. Какое излучение называется спонтанным? Является ли оно когерентным?

2. Какое излучение называется вынужденным? Является ли оно когерентным?

3. При каком условии может происходить усиление света при его прохождении через слой вещества?

4. При каком условии в веществе может возникнуть инверсная заселенность энергетических уровней?

5. Как устроен оптический квантовый генератор?

Ⅳ. Домашнее задание: § 76 изучить, ЕГЭ стр.293, *подготовить сообщение темы стр.293, 298