第1章原子模型和单电子原子

1803年，道尔顿也曾分析过两种碳的氧化物-CO、 CO2，测定出两种气体中碳与氧的重量比分别为5.4：7和 5.4：14。道尔顿注意到了两种氧之重量比为1：2。随后， 他明确地提出了倍比定律，并以此论证其原子学说。道尔 顿指出，当相同的两元素可以生成两种或两种以上的化合 物时，如果其中一元素的重量恒定，那么另一元素在各化 合物中的相对重量有简单的倍数比。
Rayleigh-Jeans 公式
根据经典电磁学和热力 学可以证明，特定温度 下，单位波长单位面积 上黑体辐射的能量满足 如下公式：
该公式在长波部分与实验符合较好，而在短波部分不则完全不符，而 趋于无穷大，历史上称之为紫外灾难（英文是 Catastrophe， 其含义 有二：1、大灾
Planck assumed that the radiation in the cavity was emitted (and absorbed) by some sort of “oscillators.” He used Boltzman’s statistical methods to arrive at the following formula that fit the blackbody radiation data.
定比定律是18、19世纪之交由法国J.-L.普鲁斯特用实 验证明的，他分析了从世界各地搜集来的矿物和他在实验 室所制备的与矿物相同的化合物，证明了普天下只有一种 氯化钠，一种硫酸钙，由此创立了定比定律。
倍比定律: 1800年，戴维在一家实验室测定了三种氮的氧化物
的重量组成，即N20、NO、NO2。经过换算，此三种气体 中，与相同量的氮相结合氧重量比为1：2.2：4.1，即约为1 ：2：4。然而，可惜的是戴维并未进行此种换算。
在十九世纪，人们在大量的实验中认识了一些定律， 如：
定比定律 倍比定律
定比定律: 每一种化合物，不论它是天然存在的，还是人工合
成的，也不论它是用什么方法制备的，它的组分元素的质 量都有一定的比例关系，这一规律称为定比定律。换成另 外一种说法，就是每一种化合物都有一定的组成，所以定 比定律又称定组成定律。例如，不论用何种方法或从何时 何地取来的二氧化碳，其中碳和氧的质量比总是3∶8
1.4 类氢离子光谱和原子的激发实验 类氢离子光谱、原子核质量的影响、激发电势的测 量
1.5* 特殊的氢原子体系 里德伯态、奇特原子、粒子素和反氢原子
1.1 原子的经典性质和Thomson模型
“原子”一词来自希腊文，意思是“不可分割的”。 在公元前4世纪，古希腊哲学家德漠克利特(Democritus) 提出这一概念，并把它看作物质的最小单元。
第一章 原子模型和单电子原子
第1章 原子模型和单电子原子
1.1 原子的经典性质和汤姆生原子模型 原子的经典性质、光子的粒子特征、电子的发现、 电子的电荷与大小、汤姆生原子模型
1.2 a粒子散射实验和卢瑟福原子模型 a粒子散射实验、卢瑟福原子模型及散射公式、卢瑟 福散射公式与实验的比较、截面
1.3 氢原子光谱和玻尔原子模型 氢原子光谱和光谱项、玻尔原子模型、能级图、能 级和原子光谱
在不知道原子结构和组成的情况下可知道原子具有下述特性：
（一）阿伏加德罗常数： 是阿伏加德罗在研究气体化学反应时发现的，即相
同温度和压力下同体积的任何气体含有的分子数相同。在 有了摩尔、摩尔质量和原子量概念后，阿伏加德罗定律可 表述为： 1摩尔任何物质均含NA个微粒。 1摩尔元素物质 含有NA个原子、 1摩尔分子含有NA个分子。
➢ 不同元素的Z和A相差很多时（如Li和Pb)，为什 么原子半径相差不多？
光子的粒子特性
经典物理在进入20世纪以后，受到了冲击。经典理 论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。
（1）黑体辐射问题 （2）光电效应 （3）氢原子光谱
M. Planck在研究黑体辐射时，首先引入了光量子的假 说，并且成功的给出了黑体辐射公式。
1 u1.6601 5 318 2 0k 7 7g 3
（三）原子数密度n 原子数密度的定义为单位体积内的原子数。
设某元素物质的密度为ρ，体积为V，体积V内的原 子个数为N，原子量为A，则
NAA N VV NANA
n N A
A
（四）原子半径R
单位体积内的原子数即原子数密度表达式为
一个原子的体积为：
黑体辐射问题
黑体： 能吸收射到其上的全部辐射的物体，这种 物体就称为绝对黑体，简称黑体。
黑体辐射：由这样的空腔小孔发 出的辐射就称为黑体辐射。
辐射热平衡状态: 处于某一温度 T 下的腔壁，单位面积所发射出的辐 射能量和它所吸收的辐射能量相等 时，辐射达到热平衡状态。
实验发现：热平衡时，空腔辐射 的能量密度，与辐射的波长的分 布曲线，其形状和位置只与黑体 的绝对温度 T 有关而与黑体的形 状和材料无关。
Planck’s radiation law
Planck made two modifications to the classical theory:
The oscillators (of electromagnetic origin) can only have certain discrete energies, En = nhn, where n is an integer, n is the frequency, and h is called Planck’s constant: h = 6.6261 × 10−34 J·s. The oscillators can absorb or emit energy in discrete multiples of the fundamental quantum of energy given by:
N A 6 .022 41 7 1 4 20 m 3 1 1 1 9 o9
（二）原子的质量 已知某元素的原子量为A，即1摩尔该元素的
质量是A克，含有NA个原子，该元素一个原子的质 量为：
M A NA
由于原子的质量非常小，在原子物理中普遍使 用 的 单 位 为 原 子 质 量 单 位 ： 定 义 碳 原 子 质 量 的 1/12 ， 记为u：
V'
A
1 n
A
NA
n N A
A
实际原子将原子看成球体更合适，如果球体原子在空间 是最紧密排列的形式，每个原子占有的平均体积为：
V 'A 2 R 3 R 3 R 6 R 3
于是可估算原 子半径
R
A
6N
A
1
3
➢ 一个原子的质量M正比于原子量A，且A随原子 序数Z增加而增加，为什么M不正比于Z？