高中物理标准化讲义（下册）第15章 原子、近代物理

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1、第十五章原子物理一、原子模型1．汤姆生模型（枣糕模型）：1897年，英国人汤姆生研究阴极射线时发现了电子。电子的发现说明原子是可分的。2．卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）：α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。1911年英国人卢瑟福由α粒子散射实验提出：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都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。3．玻尔模型：1913年丹麦人玻尔提出“玻尔原子理论”，20世纪20年代，海森堡等科学家提

2、出“量子力学的原子理论”。（1）玻尔的三条假设（量子化）①轨道量子化rn＝n2r1r1＝0.53×10﹣10m②能量量子化：En=E1n2E1＝﹣13.6eV③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν＝Em﹣En（2）从高能级向低能级跃迁时释放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧；分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能

3、）。（3）玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。实验基础理论内容与模型成功困难发现电子阴极射线（电子）在电场（或磁场）中偏转，射到阴极玻璃管发出荧光。原子中正电荷均匀分布，电子如枣镶嵌在内。可解释一些原子受激发产生原子光谱的事实。25α粒子散射性现象：绝大多数过金原子仍向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至反弹。（1）原子中心有核，核外有电子绕核旋转。（2）带正电原子核几乎集中原子全部质量，带负电的电子质量很小。（3）核带

4、正电荷数与核外带负电荷数相等。（4）电子绕核旋转的向心力即核对它的为库仑引力。圆满解释α散射，可推算各元素原子核带的正电荷数，可估计出原子核的大小<10﹣14m（原子半径约10﹣10m）据经典电磁理论，有加速度的运动电子应不断幅射电磁波，能量不断减少，原子发光应产生连续光谱，最终电子落到核上。但实际上原子光谱为明线（或吸收光谱），原子也是稳定的。氢的原子光谱现象。明线光谱为（1）原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态叫定态，各定态的能量值为能级。电子虽绕核旋转，但不向外辐射能量，原子是稳定的。（2）原子从一定态跃迁到另一定态，它辐射或吸收一定频率（或波长）的光子，光子能量由两定态的

5、能量差决定，即。（3）原子的不同能量状态跟电子沿不同轨道相对应，原子定态不连续，则电子的轨道也不连续。表明了卢瑟福核式结构学说困难。圆满解释氢原子光谱的规律。解释有两个以上电子的复杂原子光谱遇到困难。复杂原子的光谱现象核外电子无确定轨道，电子在原子内各处出现几率不同。克服了玻尔理论困难不能给出原子一个直图景。25原子中相互作用强度满足这样的关系：核力>库伦作用>万有引力。其中，核力是短程相互作用，只有相邻的核子之间才有核力作用。4．激光：激光是同种原子在同样的两个能级间发生跃迁生成的，其特性是：（1）是相干光。由于是相干光，所以和无线电波一样可以调制，因此可以用来传递信息。光纤通信就是激光

6、和光导纤维结合的产物。（2）平行度好。传播很远距离之后仍能保持一定强度，因此可以用来精确测距。激光雷达不仅能测距，还能根据多普勒效应测出目标的速度，对目标进行跟踪。还能用于在VCD或计算机光盘上读写数据。（3）亮度高。能在极小的空间和极短的时间内集中很大的能量。可以用来切割各种物质，焊接金属，在硬材料上打孔，利用激光作为手术刀切开皮肤做手术，焊接视网膜。利用激光产生的高温高压引起核聚变。例1．有关氢原子光谱的说法正确的是（）A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特点频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关答案：BC原子光

7、谱分成两种：发射光谱和吸收光谱。原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列光所组成的光谱。原子光谱的不连续表明了电子的能量是量子化的，所以无论是发射谱还是吸收谱都是分立的。原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν＝Em﹣En，及光谱线的频率和氢原子能级的能量差有关。例2．用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为