1．放射性現(xiàn)象：貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，使人們認(rèn)識到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕．通過對天然放射現(xiàn)象的研究，人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種：α射線、β射線、γ射線．
4.氫原子躍遷的能量規(guī)律
核外電子繞核旋轉(zhuǎn)可看作是以原子核為中心的勻速圓周運動，其向心力由核的庫侖引力提供，
動 能：Ekn=
Ek1 由于(對氫原子)
Ek1=
=13.6
eV
電勢能：EPn=
EP1 EP1=E1－Ek1=－13.6－13.6=－27.2 eV
總能量：En=Ekn+EPn E1=-－13.6 eV(½Ep=Ek,，Ep=2Ek)
電子從無窮遠(yuǎn)移近原子核，電場力做正功，電勢能減少為負(fù)值；
當(dāng)原子吸收光子，從較低能級(E1)躍遷到較高能級(E2)時，即n增大時,原子的總能量(E)增加，電子的電勢能(EP)增加，而動能(Ek)減少，且Ek1+EP1+hv=Ek2+EP2
當(dāng)原子放出光子從較高能級(E2)躍遷到較低能級(E1)時，原子的總能減少， 電子的電勢能減少，而動能增加，且Ek1+EP1-hv=Ek2+EP2
右上圖中三個光子的能量關(guān)系為 E1 = E2 + E3；頻率關(guān)系為ν1=ν2+ν3；而波長關(guān)系為
。
[例14]氫原子的基態(tài)能量為E1，圖中的四個能級圖中，正確代表氫原子能級的是( )
［解析］由氫原子能級公式En= E1／n2可知．只有 C圖是正確的．
[例15]原子從一個能級躍遷到一個較低的能級時，有可能不發(fā)射光子，例如在某種條件下，鉻原子從n=2能級上的電子躍遷到n=1能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級上的電子，使之能脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)，以這種方式脫離原子的電子叫俄歇電子.已知鉻原子的能級公式可簡化為E有=-
，式中n=1，2，3…表示不同的能級，A是正的已知常數(shù).上述俄歇電子的動能是
A.
A B.
A
C.
D.
[解析] 鉻原子n=2的能級E2=－A/22=－A/4，n=1的能級E1=-A，所以電子從n=2能級躍遷到n=1的能級釋放的能量ΔE=E2-E1=3A/4.又鉻原子n=4的能級E4=－A/42=A/16，說明電子從n=4能級躍遷到無窮遠(yuǎn)能級(E∞=0)，即脫離原子需吸收A/16的能量，由能的轉(zhuǎn)化和守恒知，該俄歇電子的能量應(yīng)為Ek=ΔE-(-E4)=11A/16，即答案C正確.
試題展示
3.氫原子躍遷及光譜線的計算
實際上公式hv=E初-E終只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，而對于光子與原子作用使原子電離或?qū)嵨锪Ｗ优c原子作用而使原子激發(fā)的情況(如高速電子流打擊任何固體表面產(chǎn)生倫琴射線，就不受此條件的限制。這是因為原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)就被破壞，因而不再遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。 實物粒子與原子碰撞的情況，由于實物粒子的動能可全部或部分地為原子吸收， 所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，都有可能使原子受激發(fā)而向高能級躍遷，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子發(fā)生躍遷的兩個能級間的能量差。
(1)從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞。
(2)原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。(如在基態(tài)，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電子的動能)。
[例12]氫原子輻射出一個光子后，根據(jù)玻爾理論下述說法中正確的是( )
A．電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大 B、氫原子的能級增大
C．氫原子的電勢能增大 D、氫原子的核外電子的速率增大
解析：氫原子輻射出一個光子是由于繞核運轉(zhuǎn)的電子由外層軌道向內(nèi)層軌道躍遷產(chǎn)生的，即由高能級向低能級躍遷產(chǎn)生的。因此選項A、B、C都是錯誤的。
電子和氫原子核之間的庫侖力是電子繞核轉(zhuǎn)動的向心力，即
所以v＝e
由于k、e、m都為定值，所以r減小時，v增大 答案：D
[例13]如圖給出氫原子最低的4個能級，在這些能級間躍遷所輻射的光子的頻率最多有P種，其中最小頻率為fmin，則( )
A． P＝ 5 B．P=6 C．fmin＝1．6×1014Hz。 D．fmin＝1．5×1015 Hz
解析：由圖可知，氫原子在能緩間躍遷最多有6種可能情況：4→3；3→2；2→1；4→2；3→l；4→1．所以是多能輻射6種頻率的光子．
由 hγ＝E高－E低可知，能級間能量差值越�。椛涞墓庾宇l率越小，所以從第4能級向第3能級躍遷輻射的光子頻率最小 γ＝(E4－E3)／h ＝1．6×1014 Hz 答案：BC
2．應(yīng)用光子說解決實際問題
[例10] 已知由激光器發(fā)出的一細(xì)束功率為P=0.15kW的激光束，豎直向上照射在一個固態(tài)鋁球的下部，使其恰好能在空中懸浮。已知鋁的密度為ρ=2.7×103kg/m3，設(shè)激光束的光子全部被鋁球吸收，求鋁球的直徑是多大？(計算中可取π=3，g=10m/s2)
解：設(shè)每個激光光子的能量為E，動量為p，時間t內(nèi)射到鋁球上的光子數(shù)為n，激光束對鋁球的作用力為F，鋁球的直徑為d，則有：
光子能量和動量間關(guān)系是E = p c，鋁球的重力和F平衡，因此F= ρgžπd3，由以上各式解得d=0.33mm。
[例11]太陽光垂直射到地面上時，地面上1m2接受的太陽光的功率為1.4kW,其中可見部分約占45%
(1)假如認(rèn)為可見光的波長約為0.55μm，日地間距離R=1.5×1011m.普朗克恒量h=6.6×10-34J·s，估算太陽每秒輻射出的可見光子數(shù)為多少？
(2)若已知地球的半徑為6.4×106m，估算地球接受的太陽光的總功率。
解答：(1)設(shè)地面上垂直陽光的1m2面積上每秒鐘接收的可見光光子數(shù)為n.則有P×45%=n·h
.
解得：n=
=
=1.75×1021m-2
設(shè)想一個以太陽為球心，以日、地距離為半徑的大球面積包圍著太陽，大球面接受的光子數(shù)即等于太陽輻射的全部光子數(shù)。則所求可見光光子數(shù)N=n· 4πR2=1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2=4.9×1044
(2)地球背著陽光的半個球面沒有接收太陽光。地球向陽的半個球面面積也不都與太陽光垂直。接收太陽光輻射且與陽光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓平面的面積。則地球接收陽光的總功率
P地=P·πr2=1.4×3.14×(6.4×106)2=1.8×1017kW.
5.量子力學(xué)
為了解決這種困難，需要建立更加徹底的量子理論，這就是量子力學(xué)。在量子力學(xué)種所謂電子繞核運行的軌道，實際上只是電子出現(xiàn)概率密度較大的位置。如果用疏密不同的點表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率，畫出的圖形叫做電子云。
規(guī)律方法 1.正確理解光電效應(yīng)規(guī)律
[例8]如圖，當(dāng)電鍵S斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為
A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV
解：電流表讀數(shù)剛好為零說明剛好沒有光電子能夠到達(dá)陽極，根據(jù)動能定理，光電子的最大初動能剛好為0.6eV。由Ek= hν-W可知W=1.9 eV。選A。
[例9]如圖所示為倫琴射線管的示意圖， K為陰極鎢絲，發(fā)射的電子初速度為零，A為對陰極(陽極)，當(dāng)AK之間加直流電壓U=30KV時，電子初加速打在對陰極為上，使之發(fā)出倫琴射線，設(shè)電子的動能全部轉(zhuǎn)化為倫琴射線的能量。試求：
(1)電子到達(dá)對陰極的速度是多大？
(2)由對陰極發(fā)出的倫琴射線的最短波長是多大？
(3)若AK間的電流為10 mA那么每秒鐘從對陰極歸多能輻射出多少個倫琴射線光子(電子電量e=1.6×10－19C,質(zhì)量m=0.91×10－30kg)
[解析](1)qU=ΔEk＝½mV2 ，V==1.0×l08(m/s)
(2)qU=½mV2=hγ；λ=hC/qU=4.1×10－11(m)
(3)I=q/t=ne/t，n=It/e=6.25×1016(個)
4.玻爾理論的局限性
玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律，它的成功是因為引進了量子理論(軌道量子化、能量量子化)。但用它解釋其它元素的光譜就遇到了困難，它的局限性是由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論(牛頓第二定律、向心力、庫侖力等)。
3.原子光譜
在人們了解原子結(jié)構(gòu)以前，就發(fā)現(xiàn)了氣體光譜。和白光形成的連續(xù)光譜不同，稀薄氣體通電后發(fā)出的光得到的光譜是不連續(xù)的幾條亮線，叫做線狀譜。
因為各種原子的能級是不同的，它們的線狀譜也就不會完全相同。因此把這些線狀譜叫做原子光譜。利用原子光譜可以鑒別物質(zhì)，分析物體的化學(xué)組成。
玻爾理論能夠很好地解釋氫的原子光譜。根據(jù)hν=Em-En計算出的頻率跟實驗中觀察到的線狀譜對應(yīng)的頻率恰好相同。
2.光子的發(fā)射和接收
原子處于基態(tài)時最穩(wěn)定。處于激發(fā)態(tài)時會自發(fā)地向較低能級躍遷，經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)。躍遷時以光子的形式放出能量。所放出光子的頻率滿足：hγ=Em-En
原子吸收了光子后從低能級躍遷到高能級，或者被電離。
處于基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)的原子只能吸收兩種光子：一種是能量滿足hγ=Em-En的光子，一種是能量大于該能級電離能的光子。
[例6]用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為ν1、ν2、ν3，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：①hν1；②hν3；③h(ν1+ν2)；④h(ν1+ν2+ν3)
以上表示式中
A.只有①③正確 B.只有②正確
C.只有②③正確 D.只有④正確
解：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說明這時氫原子處于第三能級。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有hν3=E3- E1，hν1=E3- E2，hν2=E2- E1，可見hν3= hν1+ hν2= h(ν1+ν2)，所以照射光子能量可以表示為②或③，答案選C。
[例7]現(xiàn)有1200個氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)是多少？假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的
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A.1200 B.2000 C.2200 D.24 00
解：畫出示意圖，分步計算，不難得出結(jié)論①400個，②400個，③400個，④200個，⑤200個，⑥200個，⑦400個，共2200個。
初中介紹了盧瑟福提出的原子的核式結(jié)構(gòu)模型。認(rèn)為電子繞核做圓周運動，好比地球繞太陽做圓周運動。
研究表明，盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典電磁理論有矛盾：
按照經(jīng)典電磁理論:⑴電子繞核做圓周運動會向外輻射同頻率的電磁波，能量將減小，原子將會不穩(wěn)定；⑵電子旋轉(zhuǎn)半徑減小的同時，頻率將增大，因此輻射的電磁波頻率也應(yīng)該是連續(xù)變化的。事實上原子是穩(wěn)定的，原子輻射的電磁波的頻率也是不變的。
1.玻爾理論
為解決這個矛盾，玻爾將量子理論引入原子結(jié)構(gòu)理論，大膽提出了三條假設(shè)，創(chuàng)建了玻爾原子模型。
①能量定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列的不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。
②原子躍遷假設(shè)：原子從一定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)，它要輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差值決定：即：hν=Em-En
③軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng)，原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子所處的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。
對氫原子：軌道量子化 ， r1=0.53×10-10m n叫量子數(shù)
能量量子化 
， E1=-－13.6eV，這些能量值叫能級。能量最低的狀態(tài)(量子數(shù)n=1)叫基態(tài)，其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。
根據(jù)玻爾理論畫出了氫原子的能級圖。
對于宏觀質(zhì)點，只要知道它在某一時刻的位置和速度以及受力情況，就可以應(yīng)用牛頓定律確定該質(zhì)點運動的軌道，算出它在以后任意時刻的位置和速度。
對電子等微觀粒子，牛頓定律已不再適用，因此不能用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置。玻爾理論中說的“電子軌道”實際上也是沒有意義的。更加徹底的量子理論認(rèn)為，我們只能知道電子在原子核附近各點出現(xiàn)的概率的大小。在不同的能量狀態(tài)下，電子在各個位置出現(xiàn)的概率是不同的。如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來，就像一片云霧一樣，可以形象地稱之為電子云。
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