高中物理-原子物理及玻尔理论解释

（一）原子的核式结构　原子核

1.原子的核式结构

1897年汤姆生发现电子，导致原子内部结构问题的产生。英国物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做大原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。原子的直径的数量级为10-10米，而原子核的直径的数量级为10-15米，两者相差10万倍。

2.原子核的组成

卢瑟福做用粒子轰击氮核的实验，从氮核中打出了质子，以后人们用类似的方法从氟、钠、铝等原子核中打出了质子，因而人们断定质子是原子核的组成部分。根据绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，卢瑟福猜想原子核里还存在着另一种粒子，质量跟质子质量相等，但是不带电，他把这种粒子称为中子。

原子核由质子和中子组成：原子核同质子和中子组成，质子和中子统称为核子。核电荷数等于质子数，也就是这种元素的原子序数。原子核的质量数等于核子数。具有相同质子不同中子数的原子，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。

（二）氢原子光谱　氢原子的能级结构　能级公式

核式原子结构学说很好地解释了散射实验，初步建立了原子结构的正确图景，但是和经典的电磁理论发生了矛盾：核外电子没有被库仑力吸引到核上，它一定以很大的速度绕核运动，这样的电子会不停地辐射能量，最后“跌落”在原子核上，但是这样的事情并没有发生。(www.xing528.com)

上述矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于微观粒子。1913年丹麦物理学家玻尔提出了他的原子理论：

（1）轨道量子化：核外电子只能在一些分立的轨道上运动，rn=n2r1（n=1，2，3，…）。

（2）能量量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态，En=（n=1，2，3，…）。

（3）吸收或辐射能量量子化：原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射等于这两个能级之差的光子，光子的能量hν=Em-En。

玻尔理论成功地解释了氢原子光谱。

大量氢原子处于第n个能级时，可能观测到的谱线的条数：