第一節核外電子運動的特征第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一宏觀、微觀運動的不同

宏觀物體微觀粒子質量很大很小速度較小很大（接近光速）位移可測位置、動量不可同時測定能量可測軌跡可描述（畫圖或函數描述）不可確定第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一宏觀、微觀運動的運動特征宏觀物體的運動特征：可以準確地測出它們在某一時刻所處的位置及運動的速度；可以描畫它們的運動軌跡。微觀物體的運動特征：核外電子質量小，運動空間小，運動速率大。無確定的軌道，無法描畫其運動軌跡。不能同時準確測定電子在某一時刻所處的位置和運動的速度，只能指出其在核外空間某處出現的機會的多少。第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一公元前5世紀，古希臘哲學家德謨克利特等人認為，原子是構成物質的微粒，萬物都是由簡短的、不可分割的原子構成。哲學臆測！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世紀初，英國科學家道爾頓提出近代原子學說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體，在化學反應中保持本性不變。

原子結構的認識歷史第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一2.湯姆生原子模型

1897年，英國科學家湯姆生發現了電子。提出了“葡萄干面包式”模型。認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，英國物理學家盧瑟福通過α粒子散射實驗提出帶核的原子結構模型。認為原子是由帶正電荷的原子核和帶負電核外電子構成。盧瑟福認為原子質量主要集中在原子核上，電子在原子核外空間高速運動。盧瑟福——原子之父第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一4.波爾原子模型

1913年，丹麥物理學家玻爾把普朗克的相關理論與盧瑟福的原子模型相結合，較好地解釋了氫原子光譜，提出新的原子結構模型。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·

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銘記這一刻2500年前德謨克利特1803

道爾頓

實心球模型

湯姆生

葡萄干面包式1904

盧瑟福

空心球模型1911

玻爾1913軌道模型量子力學模型1926

許多人哲學臆測人類認識原子的歷史是漫長的，也是無止境的……第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第一節核外電子運動的特征復習：原子的組成原子核外電子原子核質子中子（帶正電）（不顯電性）

（帶負電）

（帶正電）（不帶電）

核電荷數＝質子數＝核外電子數第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動不同，不能用經典力學來描述。電子的運動和光一樣，它具有量子化特性和波粒二象性。量子化理論：物質輻射能的吸收或發射是不連續的，是以最小能量單位量子整數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：一個物理量如果有最小單位而不可連續的分割，我們就說這個物理量是量子化的。量子的能量E和頻率ν的關系：

E＝h×νh為普朗克常數。

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：原子中電子運動的能量是不連續的，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上，首先認識到氫原子光譜與氫原子結構之間聯系．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動，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倍，這個整數n稱為量子數，n=1,2,3,4…

E＝－13.6/n2×ev波爾原子結構的假設可歸結為以下三點：第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一電子運動所處的不連續能量狀態稱為能級。用量子數n表示、同時也代表電子層。最多電子數能級符號一二四六七2LNOPQ83250……K…………三五M18離核距離能量高低(近

)(遠

)(低

)(高

)原子核外電子的每一個能層最多可以容納的電子數為2n2

。第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一3、電子處于激發態時不穩定，可躍遷到離核較近能級較低的軌道上，就會放出能量。

基態：原子中的電子盡可能處在離核最近的穩定軌道上運動，這時原子能量最低，稱為基態，用a0表示。

激發態：當原子從外界獲得能量時，電子被激發到離核較遠的高能級軌道上去，此時電子處于激發態。第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一高能級激發態電子躍遷至低能級電子釋放出的光子頻率與兩軌道能量的經驗公式是：

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。波長由長到短。電子能級間隔越小，躍遷時吸收光子波長越大。△E＝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典力學理論為基礎的，而微觀粒子運動規律不符合經典力學理論規律。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動與宏觀物體的運動有著本質的區別。宏觀物體的運動是連續的、有軌跡的點運動，而微觀物質的運動則是不連續的、無軌跡可循。波粒二象性：微觀粒子具有波動性和粒子性的雙重運動特性。第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一光的波動性表現在光具有一定的波長和頻率；光的粒子性則體現在光具有一定的能量和動量。光主要表現粒子性。第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

（一）德布羅意預言光子能量和動量為：光具有粒子性，又具有波動性。一、德布羅意物質波的假設第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

1924年，德布羅意大膽地設想，波粒二象性不是光所特有的，一切實物粒子也具有波粒二象性。實物粒子：靜止質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。波動性：它能在空間表現出干涉、衍射等波動現象，具有一定的波長、頻率。實物粒子的波稱為德布羅意波或物質波，物質波的波長稱為德布羅意波長。第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一德布羅意波長為：若考慮相對論效應，則：若υ

<<c時，不考慮相對論效應，則：德布羅意公式

質量為m、速率為υ

的自由粒子，一方面可用能量E和動量P來描述它的粒子性；另一方面可用頻率ν

和波長λ

來描述它的波動性。它們之間的關系為：第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一德布羅意(LouisVictorduedeBroglie,1892-1960)德布羅意原來學習歷史，后來改學理論物理學。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。法國物理學家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波動力學的創始人，量子力學的奠基人之一。

1923年他提出電子既具有粒子性又具有波動性。1924年正式發表一切物質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驗來驗證。1927年被實驗證實。愛因斯坦覺察到德布羅意物質波思想的重大意義，譽之為“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，具有質量為m，運動速度為v或動量為p的微觀粒子，其相應的波長為：上式稱為德布羅意關系式，式中λ為波長，h為普朗克常數，電子等微觀粒子的波動性（λ是波動性特征）和粒子性（m、v、p是粒子性特征）在德布羅意關系式中通過普朗克常數聯系了起來。第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（二）電子衍射實驗1927年，戴維遜和革爾麥用高能電子束轟擊一塊鎳金屬時，得到了與X射線圖像相似的衍射照片。電子束電子衍射實驗證明了電子運動與光一樣具有波動性。x射線第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一（三）海森堡測不準關系量子力學認為，像電