第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)的特征

第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)的特征第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一宏觀、微觀運(yùn)動(dòng)的不同

宏觀物體微觀粒子質(zhì)量很大很小速度較小很大（接近光速）位移可測(cè)位置、動(dòng)量不可同時(shí)測(cè)定能量可測(cè)軌跡可描述（畫圖或函數(shù)描述）不可確定第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一宏觀、微觀運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：可以準(zhǔn)確地測(cè)出它們?cè)谀骋粫r(shí)刻所處的位置及運(yùn)動(dòng)的速度；可以描畫它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。微觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：核外電子質(zhì)量小，運(yùn)動(dòng)空間小，運(yùn)動(dòng)速率大。無確定的軌道，無法描畫其運(yùn)動(dòng)軌跡。不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定電子在某一時(shí)刻所處的位置和運(yùn)動(dòng)的速度，只能指出其在核外空間某處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)的多少。第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一公元前5世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家德謨克利特等人認(rèn)為，原子是構(gòu)成物質(zhì)的微粒，萬物都是由簡(jiǎn)短的、不可分割的原子構(gòu)成。哲學(xué)臆測(cè)！第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一1.道爾頓原子模型

19世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心球體，在化學(xué)反應(yīng)中保持本性不變。

原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷史第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一2.湯姆生原子模型

1897年，英國(guó)科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。提出了“葡萄干面包式”模型。認(rèn)為原子是可以再分的。第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一3.盧瑟福原子模型

1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出帶核的原子結(jié)構(gòu)模型。認(rèn)為原子是由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電核外電子構(gòu)成。盧瑟福認(rèn)為原子質(zhì)量主要集中在原子核上，電子在原子核外空間高速運(yùn)動(dòng)。盧瑟?！又傅?頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一4.波爾原子模型

1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾把普朗克的相關(guān)理論與盧瑟福的原子模型相結(jié)合，較好地解釋了氫原子光譜，提出新的原子結(jié)構(gòu)模型。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一道爾頓模型（1803）湯姆生模型（1904）盧瑟福模型（1911）波爾模型（1913）電子云模型（1935）第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一感受精神·

學(xué)習(xí)方法·

分享知識(shí)歷史的腳步·

銘記這一刻2500年前德謨克利特1803

道爾頓

實(shí)心球模型

湯姆生

葡萄干面包式1904

盧瑟福

空心球模型1911

玻爾1913軌道模型量子力學(xué)模型1926

許多人哲學(xué)臆測(cè)人類認(rèn)識(shí)原子的歷史是漫長(zhǎng)的，也是無止境的……第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)的特征復(fù)習(xí)：原子的組成原子核外電子原子核質(zhì)子中子（帶正電）（不顯電性）

（帶負(fù)電）

（帶正電）（不帶電）

核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一一、量子化特性與宏觀物體運(yùn)動(dòng)不同，不能用經(jīng)典力學(xué)來描述。電子的運(yùn)動(dòng)和光一樣，它具有量子化特性和波粒二象性。量子化理論：物質(zhì)輻射能的吸收或發(fā)射是不連續(xù)的，是以最小能量單位量子整數(shù)倍做跳躍式的增或減，這種過程叫能量的量子化。第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一量子：能量子，能量的最小單位。量子化：一個(gè)物理量如果有最小單位而不可連續(xù)的分割，我們就說這個(gè)物理量是量子化的。量子的能量E和頻率ν的關(guān)系：

E＝h×νh為普朗克常數(shù)。

一、量子化特性第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（一）氫原子光譜氫原子光譜證明了：原子中電子運(yùn)動(dòng)的能量是不連續(xù)的，具有量子化特性。第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（二）玻爾原子模型玻爾在前人研究的基礎(chǔ)上，首先認(rèn)識(shí)到氫原子光譜與氫原子結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系．提出著名的玻爾氫原子模型，即玻爾理論。第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一1、核外電子在固定軌道上運(yùn)動(dòng)，具有確定的半徑和能量。2、固定軌道必須符合量子化條件。

量子化：某一最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)n稱為量子數(shù)，n=1,2,3,4…

E＝－13.6/n2×ev波爾原子結(jié)構(gòu)的假設(shè)可歸結(jié)為以下三點(diǎn)：第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一電子運(yùn)動(dòng)所處的不連續(xù)能量狀態(tài)稱為能級(jí)。用量子數(shù)n表示、同時(shí)也代表電子層。最多電子數(shù)能級(jí)符號(hào)一二四六七2LNOPQ83250……K…………三五M18離核距離能量高低(近

)(遠(yuǎn)

)(低

)(高

)原子核外電子的每一個(gè)能層最多可以容納的電子數(shù)為2n2

。第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一3、電子處于激發(fā)態(tài)時(shí)不穩(wěn)定，可躍遷到離核較近能級(jí)較低的軌道上，就會(huì)放出能量。

基態(tài)：原子中的電子盡可能處在離核最近的穩(wěn)定軌道上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)原子能量最低，稱為基態(tài)，用a0表示。

激發(fā)態(tài)：當(dāng)原子從外界獲得能量時(shí)，電子被激發(fā)到離核較遠(yuǎn)的高能級(jí)軌道上去，此時(shí)電子處于激發(fā)態(tài)。第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一高能級(jí)激發(fā)態(tài)電子躍遷至低能級(jí)電子釋放出的光子頻率與兩軌道能量的經(jīng)驗(yàn)公式是：

hν＝E2－E1光子：光量子，它是一種能量，是光線中攜帶能量的粒子。它是傳遞電磁相互作用的媒介粒子。第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X-射線、γ-射線。波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短。電子能級(jí)間隔越小，躍遷時(shí)吸收光子波長(zhǎng)越大?！鱁＝hνC＝λν第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一玻爾理論雖然成功地解釋了氫原子和類氫原子的光譜。但不能解釋多電子原子的光譜。其根本原因在于玻爾理論以牛頓經(jīng)典力學(xué)理論為基礎(chǔ)的，而微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律不符合經(jīng)典力學(xué)理論規(guī)律。第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一二、波粒二象性微觀粒子的運(yùn)動(dòng)與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)有著本質(zhì)的區(qū)別。宏觀物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的、有軌跡的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而微觀物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)則是不連續(xù)的、無軌跡可循。波粒二象性：微觀粒子具有波動(dòng)性和粒子性的雙重運(yùn)動(dòng)特性。第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一光的波動(dòng)性表現(xiàn)在光具有一定的波長(zhǎng)和頻率；光的粒子性則體現(xiàn)在光具有一定的能量和動(dòng)量。光主要表現(xiàn)粒子性。第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

（一）德布羅意預(yù)言光子能量和動(dòng)量為：光具有粒子性，又具有波動(dòng)性。一、德布羅意物質(zhì)波的假設(shè)第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

1924年，德布羅意大膽地設(shè)想，波粒二象性不是光所特有的，一切實(shí)物粒子也具有波粒二象性。實(shí)物粒子：靜止質(zhì)量不為零的那些微觀粒子，如原子、電子、中子等。粒子性：主要是指它具有集中的不可分割的特性。波動(dòng)性：它能在空間表現(xiàn)出干涉、衍射等波動(dòng)現(xiàn)象，具有一定的波長(zhǎng)、頻率。實(shí)物粒子的波稱為德布羅意波或物質(zhì)波，物質(zhì)波的波長(zhǎng)稱為德布羅意波長(zhǎng)。第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一德布羅意波長(zhǎng)為：若考慮相對(duì)論效應(yīng)，則：若υ

<<c時(shí)，不考慮相對(duì)論效應(yīng)，則：德布羅意公式

質(zhì)量為m、速率為υ

的自由粒子，一方面可用能量E和動(dòng)量P來描述它的粒子性；另一方面可用頻率ν

和波長(zhǎng)λ

來描述它的波動(dòng)性。它們之間的關(guān)系為：第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一德布羅意(LouisVictorduedeBroglie,1892-1960)德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對(duì)比的方法分析問題。法國(guó)物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。

1923年他提出電子既具有粒子性又具有波動(dòng)性。1924年正式發(fā)表一切物質(zhì)都具有波粒二象性的論述。并建議用電子在晶體上做衍射實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。1927年被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開一幅大幕的一角”。第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一并指出，具有質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為v或動(dòng)量為p的微觀粒子，其相應(yīng)的波長(zhǎng)為：上式稱為德布羅意關(guān)系式，式中λ為波長(zhǎng)，h為普朗克常數(shù)，電子等微觀粒子的波動(dòng)性（λ是波動(dòng)性特征）和粒子性（m、v、p是粒子性特征）在德布羅意關(guān)系式中通過普朗克常數(shù)聯(lián)系了起來。第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（二）電子衍射實(shí)驗(yàn)1927年，戴維遜和革爾麥用高能電子束轟擊一塊鎳金屬時(shí)，得到了與X射線圖像相似的衍射照片。電子束電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了電子運(yùn)動(dòng)與光一樣具有波動(dòng)性。x射線第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（三）海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系量子力學(xué)認(rèn)為，像電