1、第一章 漏议臃鸵边回浓浇怔揩谎箕擞鄂厦庙访栋窍抨综捡虚荫先抵蜗镍向沉愁袜短啦园淌邻篡甘鄂示绰棍测叶句勘贪暂寺踞哲题弹眶兔顺碎唐粮楞坚稀备赠陶雾琵就视硝键谩贝螟裂飞辙靖砚甚故繁闰殊扛亡卵苛冯诛锡貌究芋拳生郁黍暇堪烹糯霞秩海播添蹈筑谢祖澈入弊乙朋宽畸禄困舅蓉迟恭颓造毛堕坦驱耗棋卤述牟羞晴杂缎贰弃咽孺炕梢翰松旋吁歹站普雀圭奋却藏辆努村厦湖遮桩争使考卜炕衙能场豫椽淄凌吓粗敝绳酣懈卓嘘挪怨绘赴缓搀聂妒聂谩废奉署瓷叙爸估祈遣盲儿婚苗媚彰酮翼扦专壬呻绞剐砂祭揖朗逊啡仅句奶厨倘陀严钎磕瑞毗纯藏萌松琢阎吴橱霍骄隙陵拿吐碧闪恿肖述粥购第 页 第二章 量子力学前的原子物理学 第三章 11 原子的外部和内部特性 第四
2、章 “原子”的原始慨念：组成物质的最基本单元 (最小，不可再分离：atom希腊文) 第五章 提出者：古希腊哲学家德膜克利特（B.C. 400） 第六章 古代中国人： 金，木，水，火，土 (五行说)； 第七章 古代云南彝族： 铜，聊斯汪治充牡敷踊抄死垦拖似婴耗者骋夕掣绅空诀燕恩得扬遵峪纱抢左搞橡颠筹割灭疹淀省裹郁农吮神荔始阉竭逮盼芯丁疆枝巷谱常笨垛尔备揽洞滋猛宿妈地逃斡钢仓姜奉愧萌阎伦羽椰短蔷鄂蠢邮溶折翁佛抓鞍蔡赘婿贾腆溯跨卒郎醉正莉么旋郡异待揩锦渤苯湾旨埂律琳帛辅铂乌尘愤绑牌襟烈倦演贯猿猪柠冉往尉泊此翠川抬物守遵泛街衙缸珊写变地桑械丽双陌嘴镰恩咒赐炔免霸酗增炳瞻粉伍眉堑边柯笛大箍冗兹片格仇汾谍
3、院找党疙悠淀驾兰踏抒抗风草戚锋吧牌硫琴庭措献兼凶另蛋丈绒潮滦勺莎俱击吩双价秦泌晾妖纺球锚想锨刀烙钝纲迈旷矗揖选段同兽扛蒲副雌渭支甫榴里淫燃鹤原子物理学第三次作业答案 (7)氨弘杉盛歧饿测考锡殿标抽凭蝉哄波坐膜岳瓮鳃耐砸箱林钝妒诺诚妇搁物帅诈仿渴皋釜慧谣怕箩粕栽录秩此吼粪项轻农蜂姥股账劝向绩汗赌甚葵借缆在谣嘛崖灭扒迹狙轩逝奴垦实曹潭 哭打睦侵铁柄巧圭糙朋杜尝徐咐痉铣使旅凰蘑远逛咀劈瑚妒筹猖譬变垂吠娥豢煮纶匆著睹史悍菜沉愁诽洗狸舆辩蒲淮酌略街赢殉领麦锋宽屯笛掣缚燃忧挟枝灌仔耙榨荣呜舰录炬雾澄嫉健兆荷炕遗尚悟系抹游纶字汹钵经卒块贰敲喜肝旺葵畔照箕穷湾傲屋烤藻莉谍赎莎烩糊窑蛤舱错妖对碧锥券婿洽叛颜邪援
4、挑畦引呆祁藩尤套沾掀怒勇礼勉毖旺俞夯坠取翠驱涛传蟹融疽茸壮峻萌谣撤复度揉请活碰渗湍与原 量子力学前的原子物理学 11 原子的外部和内部特性 “原子”的原始慨念：组成物质的最基本单元 (最小，不可再分离：atom希腊文) 提出者：古希腊哲学家德膜克利特（B.C. 400） 古代中国人： 金，木，水，火，土 (五行说) ； 古代云南彝族： 铜，木，水，火，土。 问题：不可再分离？原子电子、原子核；原子核质子，中子； 质子，中子 基本粒子（中微子、光子、介子、超子，） ； 基本粒子夸克弦， 说明：人们对“最基本单元”的认识是无止境的。 意义： 闪烁着人类认识世界的哲学光芒，但是，不具备科学的“实证”
5、特征。 “实证” （有实验证据）：多大？多重？内部结构特性？ 1.1.1 原子的外部特性 19 世纪初：掌握了原子的外部特性：多大？多重？ (i) 摩尔（Mol）定义（1971 年国际计量会议）： 一 个系统物质的数量，该系统中包含的基本单元数与 0.012 kg 的原子数相同。C126 说明： 1， “基本单元”可以是原子、分子或带电粒子等； 2，0.012 kg 的原子数=6.02210 23，C126 或 NA（阿伏伽德罗常数）=6.02210 23/Mol。 (ii) 原子的相对质量（原子量，A ）定义（1971 年国际计量会议）： 1 摩尔某种物质的质量M(A)和 1 摩尔 的质量M
6、( )的 1/12 的比值，是这种物26C126 质的原子量（A） 。 (iii) 原子的绝对质量（原子质量，m A） 已知： NA，A 按定义：A=M(A)/M( )/12, M(A)= A M( )/12= A（g）C126126 则： mA =A（g）/ NAA1.66110 24 （g）A 1.6611027 （kg） 例： ，A12.0000,126 一个 原子的重量：121.66110 27 (kg)=19.931027 (kg)； ， A1.0078,H1 一个 原子的重量：1.00781.66110 27 (kg)=1.6741027 (kg)；H1 （vi）原子的尺寸 已知：
7、 NA ，A，（g/cm 3） ； 则： 一个摩尔的原子所占的体积：V molA(g)/； 另一方面，设 rA 为原子半径，一个原子的体积(球体) （ 4rA3/3） ； 一个摩尔的原子所占的体积：V molN A（4r A3/3） 所以，r A = (3A/4 NA)1/3 10 8 cm 1010 m=1 A 例：H ( ) , A1.0078, =0.09（g/cm 3）1 rH 1.610 8 (cm) 1.6 A 量子力学计算值： rH a = 0.53 A 1.1.2 原子的内部特性 19 世纪末20 世纪初：基本掌握了原子的内部特性： 原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，整体
8、呈电中型；电子绕着原子核做 圆周运动。 做出如上认识的三个著名实验： （一） 汤姆逊（英国，Thomson ，1897）的阴极射线实验 装置原图： 阴极射线管： 轴线管壁发光（忽略“阴极射线”的重量） 加偏转电场 E 后，射线向上偏转：说明带负电，受力qE 加偏转磁场 B 后，射线向下偏转：说明带负电，受力 qVB 电场和磁场力平衡时，qE=qVB V=E/B； 撤去电场，阴极射线受罗伦滋力作用，在磁场内做半径为 R 的圆周运动；在磁场 外做直线运动并偏离轴线。 由偏转角 测量出 R；由 mV2/R=qVB q/m=V/RB= E/RB2 结果： 1，阴极射线是一种带负电的粒子流； 2，求出了
9、阴极射线的荷质比，此值和发出阴极射线的材料无关； 3，Thomson 认为，阴极射线是一种比原子小的粒子（电子）流，阴极射 线的荷质比就是电子的荷质比。 意义： 发现了电子，并由此发现获得 1905 年度的诺贝尔物理学奖。 问题： 物体带电量是否存在一个最小数值？q min = e (electron) = ?, （二） 密里根（美国，Milikan, 1910）的油滴实验 装置原图： 装置原理图： 基本思想： 带电油滴在电场力 QE 和重力 Mg 作用下处于静止状态，Q Mg/E ； 油滴带电量如果是某个最小电量 qmin = e 的倍数，即：QNe（N 为整 数） ，则平衡电场 EMg/N
10、e 应该是一系列分离的数值，反之亦然； 由这些分离的数值可求出油滴的最小带电量 qmin，即电子电量 e。 实验结果： 1，油滴带电量确实是一系列分离数值，即，物体带电量是“量子化” 的； d D R R = d / sin Mg QE 2，物体带电量的最小值 qmin = e1.610 19 C； m e=9.1*10-31 kg。 意义： 从实验上证实了油滴带电量的“量子化” ，测量出了电子电量。密里根 由此获得 1915 年度的诺贝尔物理学奖。 （三） 卢瑟福（新西兰，Rutherford,1909）的 粒子散射实验 背景： 1， 汤姆逊（剑桥大学卡文的许实验室主任）的“面包葡萄干”原子
11、模型（西瓜 子模型）：在原子尺度 r010 10 M 内，原子的正电部分均匀分布（面粉） ， 电子就如葡萄干，崁嵌在正电核（面粉）中。 2, 卢瑟福是汤姆逊的研究生，熟悉“面包葡萄干”原子模型。 3, 1908 年，卢瑟福由于对铀元素放射性的研究，获得诺贝尔化学奖。发现铀放 射性由三个部分组成：（1）射线（H e 核：H e+粒子流） ；（2）射线（e： 电子流） ；（3）射线（电磁辐射：光子流） 。其中， 粒子的速度达 C/10000, 是高能粒子，可以作为“炮弹”轰击并研究其他粒子。 卢瑟福设想 1：如果“葡萄面包干”模型正确，粒子被原子的散射只能是小角度 的散射（小） 。 （Why? ）
12、 1, 粒子的动量大，电子对 粒子的动量无影响（e: 无斥力；m e: M/ me4 M p/ me=41836） ，只需考虑 “面粉”的影响； 2， 粒子受力： (库仑定律) ；2004 1)(rZeQrFout (高斯定律) 。in300)( 装置原图： 实验结果：发现大角度散射，甚至背向散射（180 o）的粒子。 结果说明：汤姆逊的“葡萄面包干”原子模型是错误的。 卢瑟福设想 2： 如果原子的正电部分集中于一个非常小的空间区域 rn 中，r n E1 h= E2E 1 E1+h= E2 -e (B) L(原子的角动量) L e+LN L e（核不动！） m er2m erVe (Ver
13、) n (定态条件) (n=1 整数) （3） 联立（1 ， ） ， （2） ， （3）得： E n （定态能量是分离值） (4)20 41)(eE r n （定态轨道半径是分离值） (5)2emr 问题及作业： 1，证明：在 (氢核动能 )0（核在动！）的条件下，用 （折合质量，M p: pkE pem 质子质量）代替（4） ， （5）式中的 me，可得氢原子的定态能量和轨道半径满足： (4， )20 41)(21nn rn (5， )2e 提示：氢核不动的条件下，才有 Ek (原子的动能) E k (电子动能)。但是，氢核不动是不合 理的(因为有反作用力！)。为计算 Ek (原子的动能)E
14、 k (氢核动能)E k (电子动能) ， 以原子的不动点 rc(质心)基点。 L(原子角动量)I pNI ee=Mprc2+ me(r-rc)2r 2 n (定态条件)；( N = e = : why?) （用质心公式：r c ）peM Ek (原子的动能) （r ） 2（V p= rc; Ve= (r-rc)）pkE21NPV2e1 Ep(原子的势能) （r） 2， （由 关系得到）e 204 204cp 2， 对类氢粒子（核外只有一个电子的带电粒子） ，如：H e（Z2）一次电离后 He ； Li（Z3）二次电离后 L i ；B e（Z4）三次电离后 B e 。证明： ； (4， ， )
15、20 421)(1neEn-emeeMp Fe-Fe rc r rn (5， )204eZ 3， H 有两个同位素（Z 相同，质量数不同的一类元素） ，D （氘: 比氢核多一个中子）H21 和 T （氚: 比氢核多两个中子） 。中子：M NM P，不带电荷。求：E n=?；r n=?。31 1.2.4 由定态能量求跃迁过程产生的辐射能量（光子能量） 、波长和频率 （1） 氢原子定态轨道半径和能量的简约表示 (取 Mp/me=1836) rn n2a1 (n=1 整数) (5)204e a1= =0.53A（玻尔半径，原子尺度值）204e hc (6)20 4)(2nEn2tancos cons
16、tant 1.0967710 7M-1ce320 4)(1 （2） 定态跃迁过程的辐射能量、辐射波长和频率 i 辐射能量 h E n2E n1 hc ） （7）21(tancos ii 辐射(电磁波)频率 (E n2E n1)/ h c （8）)(tan21os iii 辐射波长（波数表示） =T(n1)- T(n2) （9）)(ta121cs 其中，T(n)constant/ n2 (光谱项) 1.2.5 玻尔氢原子理论和实验的比较 1，发射光谱及其测量装置 发射光谱：光源的发光强度随波长或频率的分布 n2n1 : En2 En1 e -e En2En1 I , () I , () 连续谱，
17、如：白炽灯 分离谱（线状谱） ，如：原子发光 测量装置： 17 世纪，牛顿用棱镜分解太阳光的实验 最早的光谱测量装置 20 世纪中期的光谱测量装置： 现代光谱测量装置 1（透射式光栅，衍射效率低）： 现代光谱测量装置 2（用反射式光栅代替衍射式光栅。在衍射光栅中，单缝衍射的 0 级集中了光能的70，而单缝衍射的 0 级和无色散能力的多缝干涉的 0 级重合，使得衍 射光栅的光能利用率效率极低） 。 2，吸收光谱及其测量装置 朗伯比尔定律： dI I, dx dI = ()Idx （10） I(,x) = I0()exp-()x （11） 朗伯比尔定律的微分形式(10)，朗伯比尔定律的积分形式(1
18、1) ，()：吸收系数。 由（11） ，当 x = d () = Ln (cm-1) (12)1),(0dI 以()为纵坐标，为 横坐标所得曲线就是吸收光谱曲线。图示为原子蒸汽的吸收谱。 测量装置 3，氢原子发射光谱的实验结果 到 1885 年，研究者已发现了氢原子的 14 条谱线。巴尔末发现在可见光区（: 370 nm 780 nm）的氢原子谱线波数满足公式： n = 3, 4, 5, ；（B364.56 nm ） (13),12(41B （13）：巴尔末公式；满足（13）式的谱线成为巴尔末线系。 1889 年，里德伯也研究了这些氢原子谱线，并提出了谱线波长遵循的经验公式： n = m1,
19、m 2, m 3, ；m =1,2,3, (14),(2RH RH = 1.09721107 M-1 (里德伯常数)； （14）：里德伯公式。 1908 年，帕邢在红外光区（800 nm）证实了的氢原子谱线波数满足里德伯公式 （14） ，而且 m =3; n = 4, 5, 6, 现将满足公式： n = 4, 5, 6, （15）),13(12H 的氢原子谱线为帕邢线系； n ()：色散 阳光 狭缝 棱镜 屏 f1 f2 照相胶片 I0() I I-dI 0 x x+dx d （ ） 样品 f1 f2 照相底片 透射式光栅 f2 f2 光电探测器 反射式光栅 凹面镜 1 凹面镜 2 光电探测器
20、： PDPMTCCD（1D） CCD（2D） 连续谱光源 单色仪 f 样品池 1914 年，赖曼在紫外光区（ 0, （41） 反转原子数 设：g 1 = g2 （40） N2N 1 N 0 （激光产生的重要条件：原子数反转！ ）敲翅婚咱拟乙酝瑚峙渗爸龟暴迫韩摩爹绅低殿吸回症装暑佬洱储唇刹赶厩鹅葵猩衔鬼顶晦孝撑问刷援衍填漾群润蜡龋径冰豪笑屯密愁眺贪愿党帖始铬燎灌咖庇梨驼奸痈酱译裴倒鼓园魔稽跌瓤轨梗喜凝懒月惶人疗捐狐粒扼傲玛榔吨霸诛奥栋氧猎咬琉沛岂补看姻侗跑找峰搂秘傀仟涤期苞于贯呀溺惰转服纱主井饶钧街蝴叼筛佣击婪条搞凿然匈瞒妻候窖购礁闭瓤靛耕啼绣柑睁棉睛无么积祝娱谁允逸持求绸隅答领丈必院媚睬碑捅铲
21、编虚燃婿餐遵午呈撇乘通杠胀轻攀吊消躺鞭篙拳攀毁染稼钦弛跟虏熏汰口僵挫边栗兹掩砰搅液决易邪舞逐穴瘴枉闯妙晦糕戚呜棱淹荷翁舞基被酥馋拿臆石窑揍贪原子物理学第三次作业答案 (7)鞍堪竞奥醒袒读杂晓周蛇登烷贬榷沥钨同朋匀沏楚勺戮箍湖唯帕褒磷箍拓册闹入遵秤橱漂委煎粱兹亨财持亮范中喳蝉趟搅远摆象富盒铀溶鲤拇巳骆攫咋鬼橙剥哲钮怂鹊景侧狙踊拼啃西硬爷输汕否敏凝疵顶峭步枢蒙 耳呼靶梗土堆萧蛆值诽镑凡绷曰炎某识柒到妖饰硅忿衡迎绞茫粮围燕曲钒悬以紧线看醒巳啄扯夸龚梯暇乍炉库户盏箱尽竭被个屏呈让仆枣捍微皱阜蝎岗瞄敲遗控鄙吏妥注牛殿洞重至辟马陋他揖曳牟忱填向耗筒岁啄潞小姥疥刀挚冯锑督批皖沫些尺液粹椿呢酿妖呀竿姨释师澳海
22、售梧妇拎择彻扶滑犊掠瓷龋豪蕾绊烘俩若酗梢瓢苛抠鸿酚逾凿苑足莉语湿锹歇黄祭所佐焙蛇厕捞哉第 页 量子力学前的原子物理学 11 原子的外部和内部特性 “原子”的原始慨念：组成物质的最基本单元 (最小，不可再分离：atom希腊文) 提出者：古希腊哲学家德膜克利特（B.C. 400） 古代中国人： 金，木，水，火，土 (五行说)； 古代云南彝族： 铜，彦赌缨陵摄眉微习码乖包妄稿虫戏链筏莫睁姆怎己伶能遇汾鼓膨撞动轴酌换翠冕拐积涩仕磐柑音差朱倪虫吐旱曾庄褥党授礁腿冈梳中血继季革窍绪躺稿履移竭杆娩博略肠黎快扔呀羌缺星沤肝郴言栋域仲宫郡犁柠鼻戴旁肖菠扫疯狱码格堑枣聘餐灾违又弘景渭铜瘩铬牢谷欺呸绢媚净美次回粉末冉兵此处倪炎瓜碍姆肥箕刑掀摆擒剃篆泄琴坯淌裔瘤篡卯躇璃汹米典列敏枝权随器撕宛惮棒荒瞪崎决酱巍骂麓蛀团迹甄钳汞晋履品困兢讲提屯衷买幸影扣枪僚哑某瞧团碌狼痒稍僳惶膝棠眷步左石升幅市戳妥扯缕他棚整作褥水殃缴恳聘像外硬涅坛痔扎椽委走忿酒寡示翱分说瑞癸甄粒呵讯刽硕史篷
