Номер 6, страница 103 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

6. Какие экспериментальные факты подтверждают постулаты Бора?

Постулаты Бора, сформулированные в 1913 году, были введены для объяснения экспериментальных данных о строении атома и его взаимодействии с излучением. Впоследствии они были подтверждены целым рядом опытов. Основными экспериментальными фактами, доказывающими справедливость постулатов Бора, являются линейчатые спектры атомов и результаты опытов Франка и Герца.

Подтверждение первого постулата (о стационарных состояниях)

Первый постулат Бора гласит, что атомная система может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. В стационарных состояниях атом не излучает.

Наиболее прямым и убедительным подтверждением этого постулата являются опыты Франка и Герца (1914 г.). В этих экспериментах электроны, ускоренные электрическим полем, пропускались через разреженные пары ртути. Ученые измеряли зависимость силы тока, доходящего до анода, от ускоряющего напряжения.

Было обнаружено, что при плавном увеличении напряжения сила тока сначала росла, но при достижении напряжения 4,9 В (и далее при значениях, кратных 4,9 В, то есть 9,8 В, 14,7 В и т.д.) наблюдались резкие спады тока. Это объясняется следующим образом:
- Пока энергия электронов меньше 4,9 эВ, они сталкиваются с атомами ртути упруго, почти не теряя энергии.
- Когда энергия электрона достигает 4,9 эВ, происходит неупругое столкновение. Электрон отдает свою энергию атому ртути, переводя его в первое возбужденное состояние. Сам электрон после этого почти останавливается и не может преодолеть тормозящее поле, из-за чего ток падает.
Этот опыт наглядно продемонстрировал, что атомы могут поглощать энергию не произвольно, а только дискретными, строго определенными порциями (квантами). Это и доказывает существование у атомов дискретного набора энергетических уровней, то есть стационарных состояний.

Ответ: Существование стационарных состояний с дискретными уровнями энергии подтверждается опытами Франка и Герца, в которых было показано, что атомы поглощают энергию только определенными, дискретными порциями (квантами).

Подтверждение второго постулата (правила частот)

Второй постулат Бора (правило частот) утверждает, что излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе из одного стационарного состояния в другое. При переходе из состояния с большей энергией $E_k$ в состояние с меньшей энергией $E_n$ излучается квант света (фотон), энергия которого равна разности энергий этих состояний:
$h\nu = E_k - E_n$
где $\text{h}$ – постоянная Планка, а $\nu$ – частота излучения.

Главным экспериментальным подтверждением этого постулата является существование и характер атомных спектров.

Спектры испускания: Газы разреженных атомов, возбужденные нагреванием или электрическим разрядом, излучают свет. Спектр этого света не сплошной, а состоит из отдельных узких ярких линий. Это линейчатый спектр. Согласно теории Бора, каждая линия соответствует переходу атома с одного разрешенного (более высокого) энергетического уровня на другой (более низкий). Так как набор энергетических уровней дискретен, то и набор возможных разностей энергий, а следовательно, и частот излучаемых фотонов, тоже дискретен, что и проявляется в виде отдельных линий.

Спектры поглощения: Когда через холодный газ пропускают белый свет (имеющий сплошной спектр), на фоне сплошного спектра появляются темные линии. Положение этих темных линий в точности совпадает с положением ярких линий в спектре испускания того же элемента. Это объясняется тем, что атомы газа поглощают из проходящего света фотоны только тех энергий, которые в точности равны разности энергий между их основным и возбужденными состояниями ($h\nu = E_k - E_n$).

Теория Бора не только качественно объяснила наличие линейчатых спектров, но и дала блестящее количественное описание спектра атома водорода. Формула для частот спектральных линий, выведенная Бором, полностью совпала с полученной ранее эмпирической формулой Бальмера-Ридберга, причём постоянная Ридберга была вычислена через фундаментальные константы, и её значение с высокой точностью совпало с экспериментальным.

Ответ: Правило частот подтверждается существованием линейчатых спектров испускания и поглощения атомов. Каждая спектральная линия соответствует переходу атома между двумя определенными стационарными состояниями, а частота излученного или поглощенного света определяется разностью энергий этих состояний согласно формуле $h\nu = E_k - E_n$.