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时间:2020-09-13
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1、十九、近代物理一、知识网络原子物理原子结构原子核的组成电子的发现(1897)α粒子散射(1909)核式结构与经典汤姆生“蛋糕式”卢瑟福核式结构电磁理论的矛盾核反应原子结构模型模型(1911)波尔原子理论氢原子能级公式天然衰变人工转变重核裂变轻核聚变α衰变质子、中子核反应堆热核反应β衰变的发现半衰期核能表示放射性元素△E=△mc衰变的快慢二、画龙点睛概念一、原子结构:1、电子的发现和汤姆生的原子模型:(1)电子的发现:1897年英国物理学家汤姆生,对阴极射线进行了一系列的研究,从而发现了电子。电子
2、的发现表明:原子存在精细结构,从而打破了原子不可再分的观念。(2)汤姆生的原子模型:1903年汤姆生设想原子是一个带电小球,它的正电荷均匀分布在整个球体内,而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2、粒子散射实验和原子核结构模型(1)粒子散射实验:1909年,卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成①装置:②现象:a.绝大多数粒子穿过金箔后,仍沿原来方向运动,不发生偏转。b.有少数粒子发生较大角度的偏转c.有极少数粒子的偏转角超过了90度,有的几乎达到180度,即被反向弹回。(2)原子的核式结构模型:由于粒子的质量是
3、电子质量的七千多倍,所以电子不会使粒子运动方向发生明显的改变,只有原子中的正电荷才有可能对粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布,像汤姆生模型那模均匀分布,穿过金箔的粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡,粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明,原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。1911年,卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型:在原子中心存在一个很小的核,称为原子核,原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量,带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径小于10-
4、14m,原子轨道半径约10-10m。3、玻尔的原子模型(1)原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾(两方面)a.电子绕核作圆周运动是加速运动,按照经典理论,加速运动的电荷,要不断地向周围发射电磁波,电子的能量就要不断减少,最后电子要落到原子核上,这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b.电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率,随着旋转轨道的连续变小,电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化,因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱,这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。(2)玻尔理论上述两个矛盾说明
5、,经典电磁理论已不适用原子系统,玻尔从光谱学成就得到启发,利用普朗克的能量量了化的概念,提了三个假设:①定态假设:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然做加速运动,但并不向外在辐射能量,这些状态叫定态。②跃迁假设:原子从一个定态(设能量为E2)跃迁到另一定态(设能量为E1)时,它辐射成吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hv=E2-E1③轨道量子化假设,原子的不同能量状态,跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也
6、是不连续的。即轨道半径跟电子动量mv的乘积等于h/2的整数倍,即:轨道半径跟电了动量mv的乘积等于h/的整数倍,即n为正整数,称量数数(3)玻尔的氢子模型:①氢原子的能级公式和轨道半径公式:玻尔在三条假设基础上,利用经典电磁理论和牛顿力学,计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径,以及电子在各条轨道上运行时原子的能量,(包括电子的动能和原子的热能。)氢原子中电子在第几条可能轨道上运动时,氢原子的能量En,和电子轨道半径rn分别为:其中E1、r1为离核最近的第一条轨道(即n=1)的氢原子能量和轨道
7、半径。即:E1=-13.6ev,r1=0.53×10-10m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算)②氢原子的能级图:氢原子的各个定态的能量值,叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。其中n=1的定态称为基态。n=2以上的定态,称为激发态。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。例题:用光子能量为E的单色光照射
8、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ν1、ν2、ν3,由此可知,开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为:①hν1;②hν3;③h(ν1+ν2);④h(ν1+ν2+ν3)以上表示式中A.只有①③正确B.只有②正确C.只有②③正确D.只有④正确321ν3ν2ν1解析:该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子,说明这时氢原子处于第三能级。根据玻尔理论应该有hν3=E3-E1,hν1=E3-E2,hν2=E2-E1,可见hν3=
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