原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、玻爾的原子理論主要內(nèi)容：1、電子的發(fā)現(xiàn)：英國的科學家湯姆生（1）湯姆生對陰極射線進行了一系列的實驗研究，他研究了陰級射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，確認射線是帶負電的粒子，并測定計算出這種帶電粒子的荷質(zhì)比e/m,并對不同物質(zhì)做成陰極測定它們發(fā)出的陰極射線測定核質(zhì)比e/m均相同，說明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共同成分。（2）電子帶的電荷與氫離子的電荷大小基本相同，質(zhì)量比氫離子小得多。2、湯姆生的原子模型：原子被認為是一個球體，正電荷均勻分布在球體內(nèi)，電子鑲嵌在球內(nèi)。3、盧瑟福的原子核式模型：（1） 探測方法：用各種粒子X射線、電子、a粒子轟擊很薄的物質(zhì)層，觀察其運動情況，推測原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（2） a粒子散射實驗：用a粒子（帶正電荷，電量是電子的2倍，質(zhì)量是電子的7300倍）轟擊金箔（厚度大約1微米）。實驗裝置：現(xiàn)象：絕大多數(shù)a粒子仍沿原方向前進；少數(shù)a粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)a粒子偏轉(zhuǎn)超過90°,甚至180°。（3）實驗現(xiàn)象分析：電子是否可能使a粒子產(chǎn)生大角度散射？可設(shè)a粒子與電子正碰進行估算，電子m靜止，a粒子M以速度V】向電子運動，a粒子和電子為系統(tǒng)的合外力為零。111一 一7 7動量守恒：MV]=MV]'+mV2'動能守恒： MV12=MVJ+二mV2'2解得：M-m73Oto~T77299

p-"i= F]= f-"i= a粒子碰后速度速度變化厶VrV'-V^-O.OOOSV]只有初速度的萬分之三，不可能產(chǎn)生大角度散射。按湯姆生原子模型：正電荷均勻分布在原子內(nèi)，a粒子穿過時正電荷對它的斥力作用大部分互相抵消，不可能產(chǎn)生大角度散射。a粒子大角度散射，甚至反彈回來，表明a粒子在原子某地方受到質(zhì)量電量均較大的物質(zhì)作用。a粒子通過大約1微米厚的金箔，絕大多數(shù)仍沿原方向前進，說明原子內(nèi)大部分是空的，原子質(zhì)量電量相當集中。（3）盧瑟福的原子核式模型：原子中心有一很小的核為原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子核直徑的數(shù)量級為10-15m，而原子直徑的數(shù)量級為1O-10m。a粒子穿過原子時影響a粒子運動的主要是原子核，a粒子受到核的庫侖力，較遠時斥力小運動方向改變小，較近時斥力大運動方向改變大，正碰則反彈回來。4、玻爾的原子理論：（1） 經(jīng)典電磁理論分析盧瑟福核式模型產(chǎn)生的問題按照經(jīng)典電磁理論，做加速運動的電荷要輻射電磁波，因此它的能量要不斷減小，于是軌道半徑減小最終落到核上，這樣原子仍是不穩(wěn)定的；按照經(jīng)典電磁理論，電子繞核運行輻射電磁波的頻率應等于電子繞核運行的頻率，電子隨著軌道半徑的減小頻率連續(xù)變化，原子光譜應是連續(xù)的，但實驗不是這樣，是線狀光譜，是矛盾的。（2） 玻爾的原子理論：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運動，但不向外輻射電磁波。原子從一種定態(tài)（能量為E2）躍遷到另一種定態(tài)（能量為E］）時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hu=E2-E］。電子繞核運動的動量矩是量子化的，軌道半徑跟動量的乘積等于h/2n的整數(shù)倍，即hmv?r=n加，n=1、2、3 式中n為量子數(shù)，這種現(xiàn)象叫軌道的量子化。利用上述理論與經(jīng)典電磁理論進行計算，可算出氫的電子各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運動時的能量（包括動能和電勢能）碼=半徑r=n2r，能量 用式中n=1、2、3 。n1在正常情況下，原子處于最低能級，離核最近的軌道上運動，這種定態(tài)叫基態(tài)，若物體加熱

或被照射，某些原子將吸收一定的能量從基態(tài)躍遷到較高的能級上，這時電子離核較遠，這些狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。基態(tài)f激發(fā)態(tài)吸收能量hu=E2-E],激發(fā)態(tài)-基態(tài)輻射能量hu=E2-E]。玻爾理論的成功與局限：根據(jù)玻爾理論成功推導了氫原子和類氫原子的能級公式，計算與實驗觀察明線光譜非常接近,是玻爾首先指出經(jīng)典的物理概念和規(guī)律不能完全地適用于原子內(nèi)部,提出了微觀體系特有的量子化概念和規(guī)律,局限是在解釋比氫復雜一些的原子光譜遇到很大困難,其原因在于未完全擺脫經(jīng)典物理概念的影響。5、量子理論：在本世紀二十年代,海森堡、薛定諤、玻爾、玻恩、狄拉克等物理學家在量子觀念的基礎(chǔ)上建立了量子力學,不但成功地解釋了玻爾原子理論所能解釋的現(xiàn)象,而且能夠解釋大量的玻爾理論所不能解釋的現(xiàn)象。建立在量子力學基礎(chǔ)上的原子理論,核外的電子并沒有確定的軌道,從薛定諤方程的解只能知道核外電子在原子內(nèi)各處出現(xiàn)的幾率,氫原子在基態(tài)時,它的電子經(jīng)常出現(xiàn)的幾率最大的區(qū)域是以原子核為中心的一個球殼，這個球殼的半徑為0.53x10-iom電子在核外的運動情況，通常用“電子云”來形象描述。6、例題：例1、已知氫原子的半徑是O.53xlO-iOm，靜電力恒量K=9xlO9N?m2/C2,電子電量e=-1.6xlO-i9C，質(zhì)量m=9.1xlO-3ikg，氫核的質(zhì)量M=1.67xl0-27kg,萬有引力恒量G=6.67xlO-iiN?m2/kg2,按盧瑟福原子模型，電子繞核做圓周運動的速度多大？頻率多大？電子與核之間庫侖力多大？萬有引力多大？解析：根據(jù)牛頓定律：庫侖力做向心力1)2.2X1062)頻率：布二根據(jù)牛頓定律：庫侖力做向心力1)2.2X1062)頻率：布二6.6x1015^z2x3.14xO.53xlO"103)庫侖力3)庫侖力9xl0‘x ] =8.2x10臨M(O.53X1O-10)24)4)萬有引力F萬=G轡二6.67xl0_11x一冥豎弓°一F萬=G轡二6.67xl0_11x(O.53X1O-10)2

例2、氫原子在基態(tài)時電子的軌道半徑為O.53xlO-i0m,基態(tài)原子的能量為E]=-13.6eV,靜電力恒量K=9xlO9N?m2/C2,電子電量e=-1.6xlO-i9C,普朗克恒量h=6.63xlO-34j?s，求：（1）氫原子的電子在第一軌道上運動時的動能。（2）氫原子的電子在第一軌道上運動時的電勢能。（3）若使基態(tài)的氫原子電離需要波長為多大的光子照射？解析：1）根據(jù)牛頓定律：庫侖力做向心力1）根據(jù)牛頓定律：庫侖力做向心力2xO.53xlO_1°%=冷=卑=9x10^(1.6x10^=2I73x10-19/=*2xO.53xlO_1°(2)處于基態(tài)原子的能量Ei=EKi+Epi(電勢能)EP1=E1-EK1=-13.6-13.6=-27.2eV（3）欲使氫原子從基態(tài)電離，即n=1躍遷至n=s,氫原子吸收的能量△E=E-Ei=13.6eV，g1he又厶E=hu=人光子的波長蟲13.6x1.6xl0-19=光子的波長蟲13.6x1.6xl0-19=9.14xlO_Sm例3、如圖所示,是氫原子的幾個能級,則核外電子在這幾個能級之間由高向低躍遷時,能產(chǎn)生幾種波長的電磁波？波長最短的是由哪兩個能級之間發(fā)生？-13.6eV■1.5UV■3.4eV-L5leV-3.4eVd3.6eV-13.6eV■1.5UV■3.4eV-L5leV-3.4eVd3.6eV解析：根據(jù)玻爾理論，躍遷發(fā)生在兩個能級之間，設(shè)量子數(shù)為n,那么產(chǎn)生的光子能量△E=hu種n(^~1)類數(shù)為2n(^~1)類數(shù)為2如圖所示，又△E=hu=heAE當n=5時，有種。he可以看出越大，則九越小，由n=5—n=lAE最大。_he當n=5時，有種。he可以看出越大，則九越小，由n=5—n=lAE最大。_he_ 6.63x10-54x3x108_ -[(-0.54)-(-13.6)]xl.6xlO-19=1.03xlQ-7m例4、氫原子能級圖的一部分如圖所示，a、b、c分別表示氫原子在不同能級之間的三種躍遷途徑，設(shè)a、b、c在三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是E、Eb、E和九、&、九，abcabc則丄—丄丄A、X=X+XbacB、X=X-XbacD、E=E+Ebac解析：C根據(jù)玻爾理論可知E=E+E，E=hu=h^bac故C、D正確。7、練習：1、盧瑟福a粒子散射實驗的結(jié)果：（）A、 證明了質(zhì)子的存在B、 證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C、 說明原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核上D、 說明原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運動2、 在盧瑟福和a粒子散射實驗中，有少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是：（）A、 原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B、 正電荷在原子中是均勻分布的C、 原子中存在著帶負電的電子D、 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中3、根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后：（ ）A、原子的能量增加，電子的動