Из истории развития физики, страница 219 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 8. Элементы квантовой физики. Параграф 43. Поглощение и испускание света атомами. Вопросы - страница 219.

Условие.

Из истории развития физики

Ниже приведён фрагмент из статьи Бора «О строении атомов и молекул» (1913 г.).

«Прежде чем перейти к изложению теории, совершенно необходимо ещё раз привести рассуждения, характеризующие расчёты... Основные допущения её следующие.

1. Динамическое равновесие системы в стационарных состояниях можно рассматривать с помощью обычной механики, тогда как переход системы из одного стационарного состояния в другие нельзя трактовать на этой основе.

2. Указанный переход сопровождается испусканием монохроматического излучения, для которого соотношение между частотой и количеством выделенной энергии именно такое, которое даёт теория Планка.»

а) Почему теорию Бора иногда называют квантово-механической (полуклассической)?

б) О каком соотношении между количеством выделенной энергии и частотой говорится во втором допущении?

Решение.

а) Почему теорию Бора иногда называют квантово-механической (полуклассической)?

Теорию Бора называют полуклассической, потому что она представляет собой гибридную модель, сочетающую в себе положения как классической физики, так и новые, квантовые идеи. С одной стороны, как указано в первом допущении, для описания движения электрона по стационарной орбите (в стационарном состоянии) используются законы классической механики (законы Ньютона) и классической электродинамики (закон Кулона). С другой стороны, теория вводит принципиально новые, неклассические постулаты, которые и составляют её квантовую часть:
1. Постулируется существование особых стационарных орбит, двигаясь по которым электрон, вопреки законам классической электродинамики, не излучает электромагнитные волны и, следовательно, не теряет энергию.
2. Процесс излучения или поглощения энергии атомом происходит только при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Этот «квантовый скачок» невозможно описать с помощью классической механики.
3. Энергия испускаемого или поглощаемого фотона связана с частотой излучения квантовым соотношением Планка, о котором говорится во втором допущении.
Именно из-за этого совмещения классических представлений о движении на орбите и квантовых представлений о стабильности орбит и переходах между ними теория Бора и получила название полуклассической.

Ответ: Теорию Бора называют полуклассической, так как она использует законы классической механики для описания движения электрона в стационарных состояниях, но при этом вводит квантовые постулаты для объяснения стабильности этих состояний и процесса излучения/поглощения энергии при переходах между ними.

б) О каком соотношении между количеством выделенной энергии и частотой говорится во втором допущении?

Во втором допущении говорится о фундаментальном соотношении квантовой теории, которое было введено Максом Планком. Это соотношение устанавливает прямую пропорциональность между энергией кванта электромагнитного излучения (фотона) и его частотой. Оно выражается формулой Планка:
$E = h\nu$
где $\text{E}$ — это количество выделенной энергии (энергия одного фотона), $\nu$ (греческая буква «ню») — частота монохроматического излучения, а $\text{h}$ — это фундаментальная константа, называемая постоянной Планка. В рамках модели Бора, когда электрон переходит с энергетического уровня с большей энергией $E_n$ на уровень с меньшей энергией $E_m$, атом испускает фотон, энергия которого в точности равна разности энергий этих уровней: $\Delta E = E_n - E_m$. Следовательно, частота этого излучения определяется из правила частот Бора: $h\nu = E_n - E_m$.

Ответ: Говорится о формуле Планка $E = h\nu$, согласно которой количество выделенной энергии $\text{E}$ прямо пропорционально частоте излучения $\nu$, с коэффициентом пропорциональности, равным постоянной Планка $\text{h}$.