Ответьте на вопросы, страница 214 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

В чем различие моделей атома водорода Резерфорда и Бора?

Различие между моделями атома водорода Резерфорда и Бора является ключевым моментом в переходе от классической физики к квантовой. Хотя модель Бора была построена на основе модели Резерфорда, она ввела принципиально новые идеи.

Модель атома Резерфорда (1911 г.)

Эту модель также называют планетарной. Эрнест Резерфорд, основываясь на своих знаменитых опытах по рассеянию альфа-частиц на золотой фольге, предложил следующую структуру атома:

• В центре атома находится очень маленькое по сравнению с размерами самого атома, но массивное, положительно заряженное ядро.

• Вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются отрицательно заряженные электроны.

• Атом в целом электрически нейтрален, так как суммарный заряд электронов равен по модулю заряду ядра.

Главным недостатком этой модели было ее противоречие законам классической электродинамики. Согласно этим законам, любой заряженный объект, движущийся с ускорением (а движение по круговой орбите — это движение с центростремительным ускорением), должен непрерывно излучать электромагнитную энергию. Теряя энергию, электрон должен был бы двигаться по сужающейся спирали и в конечном итоге упасть на ядро за очень короткое время (около $10^{-8}$ с). Это означало бы, что атомы нестабильны, что полностью противоречит действительности. Кроме того, спектр такого излучения был бы сплошным, в то время как эксперименты показывали, что атомы имеют дискретный (линейчатый) спектр.

Модель атома Бора (1913 г.)

Нильс Бор предложил модель, которая сохраняла планетарную структуру Резерфорда, но дополняла ее двумя революционными постулатами, чтобы разрешить существующие противоречия. Модель Бора была создана специально для атома водорода.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний):

В атоме существуют особые, стационарные орбиты, двигаясь по которым, электрон не излучает энергию, несмотря на свое ускоренное движение. Каждой такой орбите соответствует определенный уровень энергии.

Второй постулат Бора (правило частот):

Излучение или поглощение света атомом происходит только в момент перехода электрона с одной стационарной орбиты на другую. Если электрон переходит с орбиты с большей энергией $E_n$ на орбиту с меньшей энергией $E_m$, то излучается квант света (фотон), энергия которого равна разности энергий этих орбит: $h\nu = E_n - E_m$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения. Наоборот, чтобы перейти на более высокий энергетический уровень, электрон должен поглотить фотон с точно такой же энергией.

Таким образом, модель Бора успешно объяснила и стабильность атома, и его линейчатый спектр.

Основные различия

1. Стабильность атома: В модели Резерфорда атом нестабилен, так как электрон должен быстро упасть на ядро. В модели Бора атом стабилен благодаря существованию стационарных орбит, на которых электрон не излучает энергию.

2. Орбиты электрона: В модели Резерфорда электрон может двигаться по любой произвольной орбите. В модели Бора электрону разрешены только определенные, дискретные (квантованные) орбиты.

3. Спектр излучения: Модель Резерфорда предсказывает непрерывный спектр излучения. Модель Бора правильно предсказывает дискретный (линейчатый) спектр, возникающий из-за квантовых переходов электрона между разрешенными энергетическими уровнями.

4. Физическая основа: Модель Резерфорда является чисто классической. Модель Бора — это гибрид классической механики и новых квантовых идей (постулатов), которые на тот момент не имели строгого теоретического обоснования, но блестяще объясняли экспериментальные данные.

Ответ: Основное различие состоит в том, что модель Резерфорда, основанная на классической физике, не могла объяснить стабильность атома и его линейчатый спектр, предсказывая падение электрона на ядро и сплошной спектр излучения. Модель Бора ввела квантовые постулаты: существование стационарных орбит, на которых электрон не излучает, и правило частот для переходов между ними. Это позволило объяснить стабильность атомов и природу их дискретных спектров, совершив прорыв в понимании строения вещества.