Ответы к экзаменационным билетам по физике 11 класс (ответы к 29 билетам) (24)

Посмотреть архив целиком

Билет № 24

Опыты Франка и Герца. Принцип соответствия.

1. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называется электромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляется физической величиной — электрическим за­рядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6•10-19 Кл.Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:q=e(Np-Ne) где Np количество электронов, Ne количество протонов.Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q1 + q2 + ...+qn = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленный факт на­зывается законом сохранения электрического заря­да. Никогда и нигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц электронов от одних тел к другим.

Электризация это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

F = k q1q2/r2, где q1 и q2 модули зарядов, r — расстояние между ними, k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИ k = 9 • 109 Н м2/Кл2. Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε. Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε закон Кулона записывается следующим об­разом: F= k q1q2/(ε•r2)

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной ε0. Электрическая постоянная связана с коэффи­циентом k следующим образом k = 1/4π ε0 и численно равна ε0=8,85 • 10-12 Кл/Н м2.

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:F=(1/4π ε0 )• (q1q2 /r2)Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14, 15).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой

притяжения при разных знаках зарядов и силой от­талкивания при одинаковых знаках.

2. Слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время, вплоть до начала XX в., подразумевали мельчайшие неделимые частицы вещества. К началу XX в. в науке накопи­лось много фактов, говоривших о сложном строении атомов.

Большие успехи в исследовании строения ато­мов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию а- частиц при про­хождении через тонкие слои вещества. В этих опы­тах узкий пучок α-частиц, испускаемых радиоак­тивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обна­ружено, что большинство α-частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохож­дения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые α-частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние α-частиц Резерфорд объяснил тем, что положитель­ный заряд не распределен равномерно в шаре радиу­сом 10-10 м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома атомном ядре. При прохождении около ядра α-частица, имеющая поло­жительный заряд, отталкивается от него, а при по­падании в ядро отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует цент­ральная положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома. Расчеты показали, что для объяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10-15 μ.Резерфорд предположил, что атом устроен по­добно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вра­щаются электроны (как планеты вокруг Солнца). За­ряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.Планетарная модель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:электрон, имеющий заряд, должен за счет кулоновских сил притяжения упасть на ядро, а атом это устойчивая система; при движении по круговой ор­бите, приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны всевозможных частот, т. е. излучаемый свет должен иметь непре­рывный спектр, на практике же получается иное:электроны атомов излучают свет, имеющий линейча­тый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.В основу своей теории Бор положил два посту­лата. Первый постулат: атомная система может на­ходиться только в особых стационарных или кван­товых состояниях, каждому из которых соответ­ствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона со­ответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного ста­ционарного состояния в другое испускается или по­глощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Еm Εn; h = 6,62 • 10-34 Дж с, где h постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии. Принцип соответствия: применение новой, более общей физической теории к предметной области, где справедлива менее общая физическая теория, должно дать те же результаты, что и при использовании расчетных соотношений последней.

Опыт Франка и Герца. В1913г., исследовались столкновения электронов с атомами ртути. В стеклянной трубке находились пары ртути. Электроны, вылетевшие из катода , нагреваемого Эл. Током, ускоряются эл. полем м\у катодом К и сеткой С. Их кинетическая энергия при достижения сетки равна работе эл поля eU (e-заряд электрона, U- ускоряющее напряжение). М\у сеткой С и анодом А электроны тормозятся эл полем, созданным батарее G2. Напряжение м\у сеткой С и анодом А =0,5в.

Пока напряжение м\у сеткой и катодом не превосходит 4,9в, возрастание напряжения сопровождается увеличением силы тока в цепи. Резкое уменьшение силы тока в цепи анода при достижении напряж 4,9в, м\у катодом и сеткой заставляет сделать вывод о том , что электроны, обладающие кинетич энергией 4,9в, полностью теряют ее в результате столкновений с атомами ртути. Исходя из этих результатов можно сделать вывод, что разность энергий первого возбужденного стационарного состояния аома ртути Е2 и основного стацион состояния Е1 равна 4,9в Е21=4.9в

Наблюдения показали, что пока напряжение м\у катодом и сеткой <4,9в пары не излучают, а при достижении пары испускают ультрафиолетовое излучение с указанной частотой. Таким образом опыты Франка и Герца явились экспериментальным подтверждением правильности основных положений теории Бора







Случайные файлы

Файл
132651.rtf
179069.rtf
140641.doc
81318.doc
22483-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.