【高中物理】高三物理 原子和原子核

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）a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a粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使a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a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a粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，a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a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^-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，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-E₁
③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是不连续的。即轨道半径跟电子动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，

即mvr=n ^h/_2π . n=1、2、3……
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。）