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共19講。
原子物理學(xué)
自從1897年發(fā)現(xiàn)電子并確認電子是原子的組成粒子以來，探索原子內(nèi)部的奧秘一直是物理學(xué)的中心問題。 經(jīng)過眾多科學(xué)家的努力高中物理競賽輔導(dǎo)教程，原子結(jié)構(gòu)和運動變化的規(guī)律逐漸被闡明，并建立了描述分子的體系。 原子、原子等微觀系統(tǒng)運動規(guī)律的理論體系——量子力學(xué)。 本章簡要介紹了原子和原子核的一些基本知識。
§1.1原子
1.1.1. 原子核結(jié)構(gòu)
1897年，湯姆遜通過陰極射線分析發(fā)現(xiàn)了電子，并認識到原子也應(yīng)該有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而不是不可分割的。 1909年，盧瑟福和同事用α粒子轟擊重金屬箔高中物理競賽輔導(dǎo)教程，即進行α粒子散射實驗。 他們發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后繼續(xù)沿原來的方向運動，但也有少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至反彈回來，偏轉(zhuǎn)達到幾乎180°。
1911年，盧瑟福為了解釋上述實驗結(jié)果，提出了原子核結(jié)構(gòu)理論。 這個理論的內(nèi)容是：原子的中心有一個很小的原子核，稱為原子核，以及原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量。 它們都集中在原子核內(nèi)，帶負電的電子在原子核外的空間里輕輕旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)，可以估計原子核的尺寸應(yīng)在10-14nm以下。
1. 1.2。 玻爾氫原子理論
1. 核結(jié)論模型的局限性
通過實驗建立的盧瑟福原子模型無疑是正確的，但它與經(jīng)典理論存在嚴重差異。 電子和原子核的運動會產(chǎn)生與軌道旋轉(zhuǎn)頻率相同的電磁輻射。 運動和輻射不會停止，原子的能量單調(diào)減少，軌道半徑縮短，自轉(zhuǎn)頻率加快。 由此可以得出兩個結(jié)論：
①電子最終會落入原子核，這說明原子是一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)；
②落入原子核的電子輻射出頻率不斷變化的電磁波。 這顯然與原子是不穩(wěn)定系統(tǒng)的事實不符，實驗得到的原子光譜是波長分布不連續(xù)的離散光譜。 如此尖銳的矛盾揭示了原子的運動并不遵循經(jīng)典理論所表達的規(guī)律。
為了解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的非常規(guī)離散性，玻爾于1913年以氫原子為研究對象提出了他的原子理論。 盡管這是一個過渡理論，但它是朝著建立現(xiàn)代量子理論邁出的一步。 重要的一步。
2、玻爾理論的內(nèi)容：
1. 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)。 在這些狀態(tài)下，原子是穩(wěn)定的。 盡管電子加速，但它們不會向外輻射能量。 這些狀態(tài)稱為靜止狀態(tài)。
2. 當(dāng)原子從一種靜止狀態(tài)（設(shè)能量為E2）躍遷到另一種靜止狀態(tài)（設(shè)能量為E1）時，它會輻射
它發(fā)射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由該靜止態(tài)的能量差決定，即
=E2-E1
3、氫原子中電子軌道的量子優(yōu)化條件：在氫原子中，電子軌道的圓半徑r和電子軌道的初速度v必須滿足以下關(guān)系：
, n=1, 2...
其中 m 是電子質(zhì)量，h 是普朗克常數(shù)。 這個條件表明電子圍繞原子核的軌道半徑是不連續(xù)的。
運動機能學(xué)
§2.1 粒子運動學(xué)的基本概念
2.1.1. 參考對象和參考系統(tǒng)
為了準確地確定粒子的位置及其變化，必須預(yù)先選擇另一個假設(shè)靜止的物體作為參考。 該選定對象稱為參考對象。 為了定量地描述物體的運動，需要在參考物體上建立坐標，形成坐標系。
通常采用直角坐標系O-xyz，有時也采用極坐標系。 平面直角坐標系一般有三種類型。 一是兩軸沿水平和垂直方向，二是兩軸沿平行和垂直斜面方向，三是兩軸沿曲線的切線和法線方向（我們經(jīng)常把這個坐標稱為自然坐標）。
2.1.2. 矢量位移和距離
在笛卡爾坐標系中，粒子的位置可以用x、y、z三個坐標來表示。 當(dāng)粒子移動時，其坐標是時間的函數(shù)。
x=X(t)y=Y(t)z=Z(t)
這就是質(zhì)點的運動方程。
粒子的位置也可以用從坐標原點O指向粒子P(x,y,z)的有向線段來表示。 如圖2-1-1所示，它也是描述粒子在空間中的位置的物理量。 的長度是粒子點到原點的距離， 的方向由余弦決定，， ，并且他們滿足
當(dāng)粒子運動時，其位置向量的大小和方向也隨時間變化，可表示為 = (t)。在直角坐標系中，令
分別為 、 、 沿方向 、 和單位向量，則可表示為
位置向量與坐標原點的選擇有關(guān)。
要研究粒子的運動，不僅要知道它的位置，還要知道它位置的變化。 如果粒子從空間中的一點移動到另一點，對應(yīng)的位置向量從1變?yōu)?，變化量為
稱為質(zhì)點的位移，如圖2-1-2所示。 位移是一個矢量，是從初始位置到結(jié)束位置的有向線段。 它描述了一定時間內(nèi)粒子位置變化的大小和方向。 與坐標原點的選擇無關(guān)。
