高中物理竞赛教程(超详细) 第十八讲 原子物理

第一讲 原 子 物 理自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等

第一讲原子物理 1897 ， 自年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后物理学的中心问题就是探 ，， 索原子内部的奥秘经过众多科学家的努力逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律 —— 、。 并建立了描述分子原子等微观系统运动规律的理论体系量子力学本章简单介绍 。 一些关于原子和原子核的基本知识 .1 §1 原子 11 1．．、 原子的核式结构 1897 ，， 年汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子由此认识到原子也应该 1909α ，。，， 具有内部结构而不是不可分的年卢瑟福和他的同事以粒子轰击重金属箔 αα ，， 即粒子的散射实验发现绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进但有少数 90°180° ，，，。 发生偏转并且有极少数偏转角超过了有的甚至被弹回偏转几乎达到 1911 ，， 年卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说这个学说的 ：，， 内容是在原子的中心有一个很小的核叫原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量 α ，， 都集中在原子核里带负电的电子在核外的空间里软核旋转根据粒子散射的实验数 10-14nm 。 据可估计出原子核的大小应在以下 12 1、．、 氢原子的玻尔理论 1 、 核式结论模型的局限性 ， 通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的但它与经典论发生了严重的分 。，，， 歧电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射运动不停辐射不止原子 ，，。： 能量单调减少轨道半径缩短旋转频率加快由此可得两点结论 ① ，； 电子最终将落入核内这表明原子是一个不稳定的系统 ② 。 电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波原子是一个不稳定的系统显然与事实 ，。， 不符实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱如此尖锐的矛盾揭示着原 。 子的运动不服从经典理论所表述的规律 1913 ， 为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性玻尔于年以氢原子为 ，， 研究对象提出了他的原子理论虽然这是一个过渡性的理论但为建立近代量子理论迈 。 出了意义重大的一步 2 、： 玻尔理论的内容 、，， 一原子只能处于一条列不连续的能量状态中在这些状态中原子是稳定的电子 ，，。 虽做加速运动但并不向外辐射能量这些状态叫定态 EE 、（）（）， 二原子从一种定态设能量为跃迁到另一种定态设能量为时它辐 21 ，， 射或吸收一定频率的光子光子的能量由这种定态的能量差决定即 =E-E 21 r 、：， 三氢原子中电子轨道量子优化条件氢原子中电子运动轨道的圆半径和运动 v ： 初速率需满足下述关系