2016屆高三物理量子論初步
六.氫原子中的電子云
對于宏觀質(zhì)點(diǎn)，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(diǎn)運(yùn)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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。
七、能級
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(yùn)動，好比地球繞太陽做圓周運(yùn)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(yùn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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。
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