原 子 物 理自 1897 年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后,物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘,经过众多科学家的努力,逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学
本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识
1 原子1.1.1、原子的核式结构1897 年,汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子,由此认识到原子也应该具有内部结构,而不是不可分的
1909 年,卢瑟福和他的同事以 α 粒子轰击重金属箔,即 α 粒子的散射实验,发现绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数发生偏转,并且有极少数偏转角超过了 90°,有的甚至被弹回,偏转几乎达到 180°
1911 年,卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说,这个学说的内容是:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外的空间里软核旋转,根据 α 粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在 10-14nm 以下
1、1.2、氢原子的玻尔理论1、核式结论模型的局限性通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的,但它与经典论发生了严重的分歧
电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射,运动不停,辐射不止,原子能量单调减少,轨道半径缩短,旋转频率加快
由此可得两点结论:① 电子最终将落入核内,这表明原子是一个不稳定的系统;② 电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波
原子是一个不稳定的系统显然与事实不符,实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱
如此尖锐的矛盾,揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律
为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性,玻尔于 1913 年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论,虽然这是一个过渡性的理论,但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步