6) Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Теория атома водорода по Бору. Недостатки теории Бора.
В 1911г. Резерфорд и его сотрудники исследовали рассеяние α-частиц при прохождении через тонкие металлические слои (фольги). Опыт осуществлялся следующим образом
схема
опыта Резерфорда.
mαʋα2/2=ze2e/rmin mα=6,6*10-24г е=4,8*10-10 zzn=30 rmin=4.2*10-10 rат=10-8см mα=41836
dN(θ)/N=nd(ze2/ mαʋα2)2*(dΩ/sin4(θ/2))
n-кол-во атомов в фольге; d-толщина фольги
Z=Nатся только те
Исходя из этих данных, Резерфорд построил модель атома в 1911г.
Н.Бор в 1913г. Сформулировал квантовые постулаты, анализируя экспериментальные данные полученные Резерфордом, Планком и др.
1)Из всех возможных орбит в атоме реализуются только те, для которых момент импульса кратен постоянной Планка,т.е. r*mv=nħ.
2)При испускании и поглощении света атомом, электроны переходят из одной орбиты в другую, при этом испускают или поглощают квант света равный:Em-En=hν(ħω)
ħ = h/2π
Справедливость постулатов проверяется экспериментом.
mʋ2/r=ze2/r2(1) r=ze2/mʋ2 ze2/m ʋ2= nħ/ mʋ r*m*ʋ=nħ(2) r= nħ/ mʋ ʋ=ze2/ nħ rn=ħ2n2/mze2 rn=0.5Å
E=(mʋ2/2)- (ze2/r)=(ze2/2r)-( ze2/r)=- ze2/2r En=-(ze2/2)*(mze2/ħ2)*(1/n2)= -a/n2
Em=-a/m2 Em-En=a((1/n2)-(1/m2))
Недостатки теории Н.Бора:
1)Эта теория внутренне противоречива.
2) Не удалось рассчитать энергетические уровни сложных атомов.
7)Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Эксперементальное подтверждение волновых свойств микрочастиц в опытах по дифракции электронов, протонов, нейтронов, атомов и молекул.
Микрочастицами называют элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, фотоны и др простые частицы),а также сложные частицы образованные из сравнительно небольшого числа элементарных частиц(молекулы, атомы, ядра атомов и т.п.)
pφ=h/λφ- импульс фотона(свет-волна+корпускулярные свойства)
де Броль «микрочастицы тоже обладают волновыми свойствами »
λ=h/mʋ λ=h/p-длина волны движения микрочастицы
дифракция
электрона mʋ2/2=Е
p2/2m=E
p=
(импульс микрочастицы) отсюда
λ=h/ λ=f(m,E)
опыты Дэвиссона и Джермера
схема:
(разность хода dsinθ,если разность хода равна длине волны, то лучи будут усиливать друг друга)
Δ=dsinθ=λ
sinθmax=λ/d=h/pd
Недавно обнаружили дифракцию нейтронов (т.к. нейтрон обладает магнитным моментом, то дифракция наблюдается и на магнитной решетке).
8)Физический смысл волн де Броля. Особенности движения макрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
Из физического смысла волновой функции вытекает, что квантовая механика имеет статический характер. Она не позволяет определить местоположение частицы в пространстве или траекторию, по которой движется частица. С помощью волновой функции лишь можно предсказать, с какой вероятностью частица может быть обнаружена в различных точках пространства. На первый взгляд может показаться, что квантовая механика дает значительно менее точное и исчерпывающее описание движения частицы, чем классическая механика, которая определяет «точно» местоположение и скорость частицы в каждый момент времени. Однако в действительности это не так. Квантовая механика гораздо глубже вскрывает истинное поведение микрочастиц. Она лишь не определяет того, что нет на самом деле. В применении к микрочастицам понятия определенного местоположения и траектории вообще теряют смысл.
Мы не можем говорить о траектории движения электрона, но иногда приходится. Все дело в размере препет. и λ.
Если λ<< r то классическая частица, попробуем рассчитать длину волны
λ= h/
λ ≈ r электрон дифрагирует, проявляет волновые свойства.
λ = f(m) при возрастании ʋ дифракцию наблюдать не сможем.
Имеется поток электронов, летящих на щель с размером Δх дифрагируют
Составляющая импульса относительно оси Х: Δp=psinθ; p=h/λ; λ=Δxsinθ; Δxpsinθ=h
Δx*Δp≥h (знак”>” т.к. некоторые точки отклоняются на больший угол)
Произведение неопределенностей ≥ пост.Планка.
Смысл: мы не можем определить положение электрона и импульс точнее, эти неопределенности.