Бор постулаттарын оқыту әдістемесі

1913 жылы Н.Бор энергияның квантталуы туралы Планктің идеясын ескере отырып, Резерфорд атомының моделі негізінде сутек тәріздес атомдарға өзінің теориясын жасады.

Бұл атомның бірінші кванттық моделі болып табылады. Осы теорияға сәйкес атом құрылысының қасиеттері және спектрлері оңай түсіндірілетінін оқушыларға айту қажет.

Бордың бірінші постулаты. Атом ерекше стационар күйде ғана бола алады және әрбір стационар күйге белгілі бір энергия сәйкес келеді. Стационар күйде атом энергия шығармайды. Бұл постулатты оқушыларға түсіндіру керек. Атом энергиясы квантталады, яғни тек қана дискрет мәндерді қабылдай алады. Электрон ядроға жақын орбитада орналасқанда ғана атом ең аз энергия мәнін қабылдайды. Электрон стационар орбиталарда қозғалғанда атом энергия шығармайды. Электрон жоғары орбитадан төменгі орбитаға өткенде атом энергия шығарады, керісінше төменнен жоғарыға өткенде энергия жұтады.

Оқушылар бірінші постулатты жақсы түсінген болса, екінші постулатты оңай түсінеді.

Бордың екінші постулаты. Бір стационар орбитадан екінші стационар орбитаға көшкенде атом бір фотон шығарады немесе жұтады, фотонның энергиясы

Е_m- атом энергиясының бастапқы мәні, Е_n- ақырғы мәні. v–жұтылған, шығарылған жарық жиілігі, - Планк тұрақтысы. Электрон жоғарғы орбитадан төменгі орбитаға өткенде атомның бір фотон шығарылатынын, төменгі орбитадан жоғарыға өткенде бір фотон жұтылатынын оқушыларға түсіндіру керек. Бордың екінші постулаты Планк тағайындаған, Эйнштейн дамытқан сәуле шығарудың кванттық сипатын дәлелдейді.

Бор теориясын түсіндіру барысында мынадай сұрақ туындайды. Бордың екінші постулатын оқушыларға түсіндіру қажет пе?

Механикадан оқушылар импульс моментін өтпейді. Біраз әдіскерлер оны түсіндірудің қажеті жоқ деп есептейді. Шын мәнісінде Бордың екінші постулаты орбиталардың кватталу ережесін көрсетеді, мұнсыз стационар күйдегі энергиялардың мәндерін есептеуге болмайды. Сондықтан да оқушыларға сутегі атомы және оның спектрі түсінікті болу үшін Бордың екінші постулатын айту керек.

Бордың екінші постулаты мектепте оқушыларға мынадай негізде түсіндіріледі.

Борға стационар күйдегі атомның энергиясын анықтау үшін, рұқсат етілген орбиталардың радиусын табу қажет болды. Ол үшін квантталу ережесін білу керек. Бұны қорыту үшін мынадай ұйғарым жасалады: кез-келген физикалық шама Планк тұрақтысына еселі болу керек.

Планк тұрақтысының өлшем бірлігі Дж^.с, механикада мұндай өлшем бірлігі бар шама деп айтылады (сонда импульс моменті туралы түсінікті енгізбеуге болады). Олай болса, мынадай теңдік орындалады.

немесе

т-электрон массасы, - электронның орбита бойымен қозғалу жылдамдығы,

r -электрон орбитасының радиусы.

Осыдан кейін Бор постулаттары сутегі атомының құрылысын түсіндіру үшін қолданылады.

Сутегі атомының стационар күйдегі энергиясының формуласы.

Бұл формуланы талдағанда энергияның бас кванттық санның квадратына (п²) тәуелді екендігін айту керек және энергияның теріс шама болғаны электронның ядроға тартылуына сәйкес екендігін айту керек. Сутегі атомының бірінші (негізгі) деңгейіне сәйкес энергиясын есептеп көрсету қажет.

,

эВ.

Сол сияқты екінші, үшінші, төртінші деңгейлерге сәйкес энергия мәндері.

эВ,

эВ,

эВ.

Атом энергиясы ұмтылғанда нольге ұмтылады. Бұл сутегі атомының деңгейлерін диаграммада көрсетуге мүмкіндік береді. Кванттық сан п артқан сайын деңгейлер арасы кеми береді де, деңгейлердің дискреттілігі «жойылады» да, квази үздіксіздік пайда болады. Сөйтіп п-нің үлкен мәнінде системаның күйін классикалық теориямен сипаттағанмен бірдей болады. Дегенмен, осы теория сутегі атомының құрылысы мен спектрін өз дәрежесінде түсіндіруге мүмкіндік береді.