原子核物理
1、卢瑟福原子核式结构
(1)α粒子散射现象
绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子偏转角超过了,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到.
(2)原子的核式结构
在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核上,带负电的电子在核外空间绕核旋转。原子直径的数量级为,而原子核直径的数量级约为。
2、玻尔原子模型
(1)玻尔的原子模型:玻尔的原子模型包含以下三个方面的内容:
①轨道量子化:围绕原子核运动的电子轨道半径只能取某些分立的数值;
②能量量子化:不同的轨道对应着不同的能量状态,在这些状态中,原子是稳定的,电子虽做变速运动,但不向外辐射能量;
③跃迁假设:原子在不同的状态具有不同的能量,从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子,该光子的能量等于这两个状态的能级差,即
(2)氢原子的能级:原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为,对应的轨道半径关系式为:,其中n叫量子数,只能取正整数。n =1的状态称为基态,氢原子基态的能量值。量子数n越大,动能越小,势能越大,总能量越大。
(3)玻尔理论的成功与局限:玻尔理论的成功之处在于引入了量子的概念,局限之处在于保留了过多的经典理论。
(4)光子的吸收与发射
原子从一种定态(能量为),跃迁到另一种定态(能量为),它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能级差决定:即。若,则辐射光子;若,则吸收光子。
原子只辐射或吸收能级差间的光子。由于原子的能级不连续,所以辐射或吸收光波的频率是若干分立的值,这也正是原子光谱是线状谱的原因。
3、α粒散射实验的分析
①由于电子质量远远小于α粒子的质量(电子质量约为α粒子质量的1/7300),即使α粒子碰到电子,其运动方向也不会发生明显偏转,就象一颗飞行的子弹碰到尘埃一样,所以电子不可能使α粒子发生大角度散射。
②使α粒子发生大角度散射的只能是原子中带正电的部分,按照汤姆生的原子模型,正电荷在原子内是均均分布的,α粒子穿过原子时,它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消,因而也不可能使α粒子发生大角度偏转,更不可能把α粒子反向弹回,这与α粒子散射实验的结果相矛盾,从而否定了汤姆生的原子模型。
③实验现象中,α粒子绝大多数不发生偏转,少数发生较大偏转,极少数偏转超过,个别甚至被弹回,都说明了原子中绝大部分是空的,带正电的物质只能集中在一个很少的体积内(原子核)。
4、氢原子各定态能量值是电子绕核运动的动能和势能的代数和。由,可知,氢原子各定态的能量值均为负值。n越大,的绝对值越小,但能量(能级)越高。因此,不能根据氢原子的能级公式得出氢原子各定态能量与成反比的结论。
5、原子的跃迁条件:
只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况,对于光子和原子作用而使原子电离,则不受此条件的限制,如基态氢原子的电离能为13.6eV,只要大于或等于13.6eV的光子会被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大。原子处于激发态是不稳定的,会自发地向基态或其他较低能级跃迁。由于这种自发跃迁的随机性,一个原子会有多种可能的跃迁。处于量子数为n的激发态的原子,在自发跃迁时,可能发出的谱线条数为N = ,若是一群原子处于激发态,则各种可能跃迁都会发生,所以会同时得到该原子的全部光谱线。